Когда говорят, что заряд «движется» по всему объекту, например, если отрицательный заряд движется к краю объекта и заряды становятся поляризованными, означает ли это, что электроны переместились к краю объекта, или это означает, что отрицательно заряженные атомы переместились к краю объекта? Или это означает, что реальная величина заряда, содержащегося в электронах, сместилась к краю объекта? Если у вас есть отрицательно заряженный воздушный шар и вы перемещаете его рядом с куском металла, говорят, что электроны отталкивают электроны в воздушном шаре и удаляются как можно дальше. Означает ли это, что электроны буквально отрываются от своих атомов и удаляются, или это означает, что атомы, содержащие электроны, также удаляются?
Возьмем медь (атомный номер 29) в качестве примера хорошего электрического проводника в твердом (и жидком) состоянии.
В среднем имеются положительные ионы меди Cu
с 28 вращающимися (связанными) электронами и для каждого иона один свободный/подвижный (несвязанный) электрон.
Когда внешнее электрическое поле не приложено, эти свободные электроны, обладающие тепловой энергией, беспорядочно перемещаются по металлу, как молекулы газа.
В твердом теле положительные ионы меди закреплены в решетке и колеблются около среднего положения.
Когда приложено электрическое поле, свободные электроны могут двигаться под действием электрического поля. Именно эти свободные электроны делают медь хорошим проводником электричества (и тепла). Положительные ионы закреплены в решетке и поэтому могут очень мало перемещать свое среднее положение.
Если конечное состояние таково, что суммарное движение свободных электронов равно нулю (электростатика), то перераспределение зарядов по всему металлу таково, что электрическое поле, создаваемое индуцированными зарядами в результате движения свободных электронов, равно и противоположно приложенному извне электрическому полю, поэтому суммарное поле в проводнике равно нулю.
Поэтому, когда вы видите диаграммы проводников с положительным и отрицательным зарядами, область, помеченная как имеющая отрицательный заряд, — это та, где есть чистый избыток свободных электронов, а область и область с положительными зарядами — это область, в которой есть чистый дефицит. свободных электронов.
Обычно электроны являются более подвижными носителями заряда, поэтому в большинстве случаев «движение заряда» является результатом движения электронов. Но в ускорителе частиц, где вы ускоряете протоны, движется заряд протона, а не электрона...
В зависимости от структуры объекта, если это твердое тело, это почти по определению означает, что атомы имеют фиксированное положение в объекте, так что поляризация вызывается движением электронов. Если объект в конечном итоге заряжен положительно, это потому, что электроны были удалены; если он заряжен отрицательно, это потому, что к нему добавились электроны. Легче добавить электрон, чем удалить ядро...
Джеймс
Флорис