Что происходит на микроскопическом уровне, когда начинает течь электрический ток? Я хотел бы понять под микроскопом, что происходит в деталях, когда электроны начинают двигаться (квазиклассически).
Электроны могут иметь разную скорость, они могут создавать электромагнитные поля, в проводах есть свободные электроны и жесткие ядра атомов, и существуют электромагнитные поля. Это все ингредиенты, которые вам понадобятся?
Электроны движутся только за счет электромагнитных полей, поэтому в основном этот вопрос сводится к тому, как выглядят электромагнитные поля и как они возникают?! Каково распределение электрического и магнитного поля внутри/вокруг электрода в установившемся режиме? А как же переходное состояние?
Что происходит, когда вы атакуете батарею свинцом? Существуют ли электромагнитные поля между полюсами батареи или почему электроны выталкиваются? Как ЭМ поле начинает толкать электроны по длинному проводу произвольной формы?
[РЕДАКТИРОВАТЬ: В идеале объяснение с помощью модели Друде (которая частично вытекает из модели Ферми) или объяснение, почему этой модели недостаточно. Также было бы важно указать электромагнитные поля, согласующиеся с распределением электронной плотности (т.е. а также ), потому что в противном случае это бесполезные аргументы.]
(Пожалуйста, рассмотрите все замечания в этом вопросе. Я знаю общие аргументы для частей вопроса, но я никогда не видел полного микроскопического подробного объяснения.)
Электроны проводимости в отрезке провода можно смоделировать как (фермиевский) газ. Точно так же, как молекулы в газе, отдельные электроны блуждают случайным образом, и локальное увеличение плотности электронов вызывает локальное повышение давления. Можно даже получить волны электронной плотности, аналогичные звуковым волнам.
Используя эту аналогию, предположим, что у вас есть трубка, полная воздуха, и вы внезапно увеличиваете давление на одном конце. Вы создадите волну давления, которая движется по трубе, заставляя молекулы газа двигаться по мере их достижения. Предполагая, что вы поддерживаете давление на конце трубки, молекулы газа в среднем будут двигаться вниз по трубке. Я говорю «в среднем», потому что любая отдельная молекула газа диффундирует случайным образом, но когда есть градиент давления, чистый поток идет вниз по градиенту.
Все это в значительной степени передается прямо электронам в проводе. Ваша батарея имеет избыток электронов на отрицательной клемме и дефицит на положительной клемме (фактически, как заряженный конденсатор). Когда вы подключаете его к проводу, избыточные электроны на отрицательной клемме аккумулятора начинают диффундировать в провод. Затем электроны в проводе начинают диффундировать от отрицательной клеммы вдоль провода, и конечным результатом является волна напряжения, которая распространяется по проводу со скоростью в несколько десятых долей скорости света. Поскольку существует некоторое сопротивление движению электрона (при условии, что провод не является сверхпроводником!), вы в конечном итоге получаете градиент давления, то есть напряжения, вдоль провода.
Такое ощущение, что я говорю это для каждого ответа, но в Википедии есть статьи о модели электронного газа. См. http://en.wikipedia.org/wiki/Free_electron_model и ссылки в этой статье, такие как http://en.wikipedia.org/wiki/Nearly-free_electron_model .
Александр
Qмеханик
Геренюк
Qмеханик
Эмилио Писанти
эндолит
эндолит
грабить