Откуда берутся все эти электроны? [дубликат]

Я учусь в старшей школе и неплохо разбираюсь в основах электроники, но меня всегда интересовала одна вещь.

Таким образом, генераторы производят электричество из движения, перемещая магнит вокруг или через катушку из проводящего провода, что заставляет электроны из металла двигаться в направлении магнита. Но теоретически это может произойти навсегда. Когда в металлической проволоке заканчиваются электроны? Образуются ли электроны? Материя создается?

Кроме того, если вы хотите помочь мне еще немного, объясните, как работают трансформаторы и как связаны напряжение и сила тока.

Нет, электроны не создаются. Это замкнутая электрическая цепь. Электроны ходят по проводам в замкнутой электрической цепи точно так же, как вода (охлаждающая жидкость) в двигателе вашего автомобиля перекачивается по замкнутой цепи или кровь в вашем теле перекачивается по замкнутой цепи.
Старайтесь задавать только один вопрос на вопрос; если вы задаете несколько вопросов в вопросе, то обычно только один из них получает ответ.
Представьте, что у вас есть насос с входным шлангом в океане и выходным шлангом в ванной. Насос заставляет воду двигаться. Это может случиться навсегда. Итак, теперь ответьте на свои вопросы: когда в шланге заканчивается вода? Образуется ли новая вода? Материя создается?

Ответы (2)

Электроны не создаются и не уничтожаются. Электроны уже существуют в металле.

Металл состоит из слоев положительных ионов (обозначенных на рисунке оранжевыми кружками), в которых электроны (обозначенные на рисунке голубыми кружками) находятся в непрерывном движении. Следовательно, заряд на металле в целом нейтрален.

Откуда взялись электроны?

Электроны покидают атом металла, оставляя атомы металла положительно заряженными. Делокализованные электроны образуют в металле «море» электронов.

Что такое электрический ток?

Электрический ток определяется как количество заряда, перемещающегося по поперечному сечению проводника в единицу времени.

я знак равно Δ д Δ т

Чтобы иметь ток в металле, вам нужно иметь чистое движение заряда.

Что вызывает электрический ток?

введите описание изображения здесь

На первом рисунке цепь разомкнута. Электроны могут свободно перемещаться случайным образом (из-за тепловой энергии). Электроны продолжают натыкаться на атомы и продолжают менять направления. Нет упорядоченного движения электронов. Следовательно, в среднем имеет место чистое нулевое движение заряда.

На втором рисунке цепь замкнута, т.е. металлический проводник подключен к источнику напряжения (электрогенератору или аккумулятору). Разность потенциалов на проводнике воздействует на электроны, заставляя электроны перемещаться по порядку из области с более низким потенциалом в область с более высоким потенциалом. Конечно, электроны по-прежнему сталкиваются с атомами, но разность потенциалов (технически электрическое поле) пытается вернуть электрон к упорядоченному движению. Следовательно, в одном направлении течет чистый заряд, который и составляет ток.

Следовательно, заряды не создаются и не уничтожаются, а просто перемещаются. Это похоже на воду в шланге. Вода в трубе не течет, если на концах трубы нет разницы давления/высоты. Однако молекулы воды внутри трубы находятся в непрерывном движении.

Здесь важно отметить, что электроны движутся очень быстро (миллионы метров в секунду), но в то же время сталкиваются со многими атомами. Поэтому чистая скорость, усредненная по времени, очень мала. Мы называем эту скорость скоростью дрейфа. В меди она составляет порядка миллиметров в секунду.

я знак равно н е в д А

куда н - количество электронов в единице объема проводника, в д скорость дрейфа и А - площадь поперечного сечения проводника.

Что делает генератор?

Электрический генератор в основном создает ЭДС (напряжение / разность потенциалов) на проводнике, который производит ток.

Как работает генератор?

Электрический генератор работает по принципу электромагнитной индукции.

Закон гласит, что если поток через катушку с проводом изменяется, в катушке индуцируется ЭДС (напряжение).

Магнитный поток — это количество силовых линий магнитного поля, проходящих через поверхность.

Величина индуцированной ЭДС определяется законом Фарадея,

Е . М . Ф знак равно ∫ Е → . д л → знак равно д ф Б д т

куда ф Б - магнитный поток через катушку.

Индуцированная ЭДС такова, что индуцированный ток создает собственный магнитный поток, который противодействует изменяющемуся магнитному потоку. Это известно как закон Ленца.

Вы можете пойти еще глубже, чтобы объяснить, почему изменяющийся магнитный поток индуцирует электрический ток. Изменяющийся магнитный поток создает электрическое поле.

Это электрическое поле вызывает индуцированный ток.

Если вы новичок в магнетизме, обратитесь к этому ответу , который дает простой способ понять магнитостатику, если вы хорошо разбираетесь в электростатике.

Как связаны напряжение и ток?

В простых цепях постоянного тока они связаны законом Ома,

В знак равно я р

где R - сопротивление проводника.

Вы можете указать, что ток представляет собой соотношение между изменением заряда за прошедшее время, а именно я знак равно Δ д / Δ т .
Следует еще подчеркнуть, что электроны не производятся, а просто перемещаются, подобно воде в шланге; и что это движение быстро останавливается, когда нет замкнутой цепи, как в конденсаторе. Я также нахожу ваши цифры обманчивыми: когда цепь замкнута, плотность электронов везде одинакова; они движутся по кругу, а силы поля равны «трению». Ряда без электронов, как на рис.2, нет; эта цифра на самом деле символизирует разомкнутую цепь, в которой поле действительно приводит к дисбалансу электронов (хотя электроны будут стоять на месте).
@PeterA.Schneider Что ж, я могу рассмотреть микроскопическую теорию в ответе, но сомневаюсь, что автор поймет. В любом случае отредактирует ответ и внесет необходимые изменения. Я упомянул, что электроны по-прежнему сталкиваются с атомами, но на диаграмме этого не видно. Это заблуждение. Я его поменяю.
Остается ответить: «Когда в металлической проволоке закончатся электроны?». Таким образом, все электроны на вашей картинке достигают «+», а она по-прежнему положительно заряжена. Что теперь?
«+» указывает на положительную клемму аккумулятора. Чтобы ответить на этот вопрос, мне придется поговорить об ЭДС, перемещающей заряды в противоположном направлении внутри батареи. Это необходимо? Автор не знал о законе Ома, поэтому я сомневаюсь, что он поймет, что происходит внутри батареи.
Не используйте батарею, используйте принцип генератора, упомянутый в OP: сила Лоренца на зарядах, движущихся через магнитное поле. Затем он сводится к замкнутому контуру провода. (Теорию, стоящую за этим, можно игнорировать; мы можем просто постулировать ее.)
Я сомневаюсь, что автор вообще знает об электрических полях. В любом случае, я собираюсь добавить немного информации об электромагнитной индукции.
Не недооценивайте свою аудиторию.
@YashasSamaga Вопрос: правильно ли я думаю, что вторая диаграмма о движении электрона - это UsefulLie (TM)? Что на самом деле НЕ каждый электрон движется плавно параллельно в направлении тока ... у них все еще есть случайное (броуновское?) движение только со смещением в направлении тока, что приводит к СРЕДНЕМУ движению в одном направлении? Точно так же, когда ветер дует в одну сторону, это не означает, что все молекулы газа движутся в эту сторону, а только то, что движется подавляющее большинство? Я правильно это понял?
Да, я уже упоминал, что в абзаце все же сталкиваются электроны. Я также упомянул о скорости дрейфа. Я до сих пор не нашел хорошую схему. Я согласен, что диаграмма вводит в заблуждение, и я обещал изменить ее (в каком-то комментарии). Если вы найдете лучшую схему, дайте мне знать.

Ответ Яши дает отличное физическое описание того, как работает процесс.

Но, прочитав ваш вопрос, вы, кажется, поняли, что такое электрический ток и как он возникает. То, что вы, кажется, упускаете, это то, что генератор не генерирует электроны, это немного неправильно, если вы думаете об этом таким образом. Он создает электродвижущую силу (напряжение)

Генератор (или батарея) не является источником электронов, это насос для перемещения электронов, которые уже есть в проводе. Вот почему цепь должна быть замкнутой, чтобы работать.

введите описание изображения здесь
Посмотреть эту анимацию можно здесь .

Откуда берутся все эти электроны? [дубликат]
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 1v