Я считаю, что мое понимание электрических токов ошибочно, и мне нужна помощь, чтобы прояснить некоторые вещи. Я ищу не точного научного понимания, а понимания основ. Я попытаюсь объяснить свое понимание вместо того, чтобы задавать кучу вопросов, но если бы я свел это только к одному вопросу, то как энергия передается от батареи через электроны в тепло, заставляющее светиться лампочку? Я знаю, что объяснение ниже очень упрощено, но оно просто неправильно? (английский не мой родной язык)
Давайте подумаем о простой схеме, состоящей из батареи, проводников и лампочки. Я знаю, что батареи очень разнообразны, но для упрощения мы можем думать о минусовом полюсе батареи, состоящем из электронов, «высвобождаемых» в проводники, что вызывает падение напряжения. Это приводит к тому, что электроны во всей сети отскакивают друг от друга, отталкиваются друг от друга и «движутся» к положительному полюсу, я думаю, из-за того, что отрицательные электроны отталкивают друг друга, а затем притягиваются к положительным частицам в плюсе. -полюс. Энергия, заставляющая светиться лампочку, — это кинетическая энергия электронов, запускаемая батареей, подающей напряжение.
Батарея — это источник энергии, который поставляет электрическую энергию электронам в проводниках. Реального потока электронов нет. Это энергия, которая передается. Проводник содержит большой нет. атомов, плотно упакованных с большим количеством доступных валентных электронов, которые готовы выйти из атома, если вы дадите немного энергии. Как только энергия поступает от батареи, электроны, принимающие эту энергию, ускоряются из-за этого поля. Но его скорость будет усреднена из-за увеличения количества столкновений с атомами. Таким образом, результирующая скорость усредняется. Если поток электронов заставляет лампочку светиться, то из-за средней скорости электронов требуется конечное время, чтобы лампочка загорелась после включения выключателя. Но на самом деле все происходит иначе. Включение и свечение лампочки происходит одновременно. Так что принцип совсем другой. Электроны, принимающие энергию, будут двигаться вперед и окажутся рядом с другим электроном. Это увеличивает потенциальную энергию системы. Второй электрон переводит эту потенциальную энергию в кинетическую и движется вперед. Итак, есть движение электронов. Но электроны — всего лишь переносчики энергии. Они просто передают энергию от электрона к электрону. Теперь лампочка имеет некоторое сопротивление. Таким образом, электроны потеряют там часть энергии, которая проявляется в виде тепла и заставляет нить светиться. Второй электрон переводит эту потенциальную энергию в кинетическую и движется вперед. Итак, есть движение электронов. Но электроны — всего лишь переносчики энергии. Они просто передают энергию от электрона к электрону. Теперь лампочка имеет некоторое сопротивление. Таким образом, электроны потеряют там часть энергии, которая проявляется в виде тепла и заставляет нить светиться. Второй электрон переводит эту потенциальную энергию в кинетическую и движется вперед. Итак, есть движение электронов. Но электроны — всего лишь переносчики энергии. Они просто передают энергию от электрона к электрону. Теперь лампочка имеет некоторое сопротивление. Таким образом, электроны потеряют там часть энергии, которая проявляется в виде тепла и заставляет нить светиться.
Я стараюсь думать обо всем с точки зрения химического потенциала. Во многих батареях используются ионы лития для создания химического градиента. Это создает движущую силу в цепи, называемую напряжением.
Имейте в виду, что электроны движутся не так быстро — это больше похоже на бегущую волну. Если вам интересно, вы можете узнать больше о фактической скорости электронов — называемой «дрейфовой скоростью» — здесь .
В классической орбитальной модели сопротивление можно описать как столкновения между электронами. Когда высокоэнергетическая электронная волна сталкивается с относительно менее возбужденным электронным морем, столкновения вызывают повышение температуры.
Все материалы имеют соответствующее сопротивление (если только они не являются сверхпроводниками при соответствующей температуре) и будут генерировать столкновения. Количество столкновений пропорционально серьезности химического градиента (напряжения). Думайте о резисторе как о полосе препятствий, через которую должны пройти электроны. Тип материала изменит сложность курса. Кроме того, независимо от материала, более длинная полоса препятствий сложнее, а более широкая полоса препятствий легче.
Если вы хотите больше изучить схемы, я бы рекомендовал начать с закона Ома, а затем перейти к законам Кирхгофа.
Нить накала лампочки можно представить как состоящую из решетки положительных ионов металла, которые колеблются вокруг фиксированных положений, и моря подвижных электронов, благодаря которым металл является электрическим проводником.
При отсутствии внешней цепи химический процесс внутри батареи перемещает подвижные электроны внутри батареи, создавая избыток электронов на отрицательной клемме и недостаток электронов на положительной клемме. Эти заряды создают электрическое поле внутри батареи, которое в конечном итоге противодействует движению дальнейших электронов между клеммами. Вы можете представить себе батарею как нечто, перекачивающее подвижные электроны с положительного полюса на отрицательный.
Когда внешняя проводящая цепь (провода и лампочка) подключена к клеммам батареи, во внешней цепи создается электрическое поле.
Благодаря этому электрическому полю подвижные электроны во внешней цепи ускоряются и приобретают кинетическую энергию.
Набирая кинетическую энергию, подвижные электроны «сталкиваются» с колеблющимися ионами решетки и передают часть своей кинетической энергии ионам решетки.
Чистый эффект заключается в том, что подвижные электроны получают кинетическую энергию от электрического поля, создаваемого батареей, которая возникает в результате химической реакции в батарее с использованием химической энергии. Подвижные электроны движутся по контуру, передавая кинетическую энергию ионам решетки и заставляя их сильнее колебаться, т. е. повышая их температуру. Нить была «нагрета».
Подвижные электроны испытывают меньше столкновений в проводах, поэтому провода «нагреваются» меньше, чем нить накала лампы. Провода имеют гораздо меньшее сопротивление, чем нить накала лампы.
Хорошо, это частично неправильно. Батарея — это устройство, которое поддерживает постоянную разность потенциалов между своими клеммами (обычно с помощью химических веществ). Цепи — это проводники. У проводников есть электроны, которые могут легко течь через их атомы. Это похоже на то, что в проводниках есть «море» электронов. Разность потенциалов заставляет электроны цепи двигаться в направлении положительной клеммы, а затем батарея работает, чтобы «накачать» их к отрицательной клемме. Электроны просто вращаются по цепи. Аккумулятор не генерирует новые электроны! Лампочка — это резистор, так что да, энергия электронов передается нити накала в лампочке, а температура заставляет лампочку светиться.
Гарип
Анна В
Квай Гонн Джинн