Почему в проводе существует электрическое поле, хотя он и проводник?

Электрическое поле в проводнике равно нулю, если заряды неподвижны. Электроны перестраиваются, чтобы (пытаться) нейтрализовать электрическое поле. Это то, что происходит с электрическим проводом; нет никакого противоречия.

Отличие электрического провода, входящего в электрическую цепь, от такого же провода, изолированного в пространстве (когда внутри него не было бы статического электрического поля), состоит в том, что в первом случае имеется источник ЭДС, принимающий заряд от одного конец провода и вставьте его на другом конце.

Здесь уже есть много отличных ответов, но я попытаюсь напрямую устранить заблуждение.

Дело не в том, что внутри проводника не может быть электрического поля. На самом деле, в проводе должно быть постоянное электрическое поле, чтобы обеспечить постоянный ток (если только мы не рассматриваем сверхпроводники, в этом случае электроны просто смогут вечно следовать по цепи без электрического поля, но мы не 'т).

Электроны будут разлетаться от атома к атому, теряя всю свою скорость, и их нужно снова ускорять, чтобы управлять током, а для того, чтобы это произошло, нам нужно электрическое поле!

Я имею в виду, представьте на секунду, что вам не нужно электрическое поле. Это означает, что как только вы отсоедините аккумулятор и просто соедините 2 конца провода, вы сможете поддерживать ток вечно! (Опять же, идеальные сверхпроводники, но не обычно)

Однако особенность проводников не в том, что внутри них не может быть электрического поля, а в том, что электрическое поле не может быть СВЯЗАННО с зарядами ВНУТРИ провода.

Другими словами, это не электроны внутри провода, толкающие другие электроны внутри провода.

Подумайте, что произошло бы, если бы это было правдой, даже на миллисекунду (что происходит, как только вы подключаете цепь). Во-первых, представьте, что у нас есть просто кусок провода, и мы хотим, чтобы электричество текло без подключения к батарее. Чтобы иметь электрическое поле из-за электронов ВНУТРИ провода, в одной части провода должно быть больше электронов, чем в другом, поскольку, если они равномерно распределены, не будет результирующего электрического поля. Конечно, те электроны, которые находятся ближе друг к другу, будут толкать электроны впереди вперед, но они также будут толкать друг друга в куче случайных направлений. И они будут толкать друг друга в случайных направлениях до тех пор, пока либо полностью не исчезнет дисбаланс заряда, либо они больше не смогут толкать друг друга, пока не разойдутся как можно дальше друг от друга,

Таким образом, внутри куска проволоки не может быть никакого дисбаланса. Теперь мы соединяем оба конца с каждым концом батареи и замыкаем цепь. Что случается?

Батарея, очевидно, создает электрическое поле на обоих концах, заставляя на миллисекунду больше электронов накапливаться на куске провода, подключенного к отрицательной клемме батареи, и электроны бегут по проводу к положительной стороне батареи. создание дисбаланса заряда внутри проводящего провода. Однако электронам не нравится, когда их толкают так близко друг к другу, поэтому они разлетаются в случайных направлениях: некоторые остаются на месте, а другие уходят со сцены, некоторые вперед, некоторые, возможно, даже назад, а некоторые на поверхность провода. . Рассмотрим подробно каждый из них:

1. Те, которые были отброшены назад (обратно к отрицательной клемме батареи), были отодвинуты к месту, где еще больше электронов стиснуто вместе. Они действительно не хотят быть там, поэтому их снова толкают в каком-то случайном направлении.

2. Те, что были выдвинуты вперед, создают дисбаланс заряда в области прямо перед ними в сторону того места, куда их толкнули, и им это не нравится, поэтому электроны в этой новой области снова отбрасываются в каком-то случайном направлении. Однако обратите внимание, что дисбаланс заряда, который возник в этой области в течение миллисекунды, был меньше, чем дисбаланс заряда, созданный там, откуда пришли эти электроны (ближе к отрицательному выводу), потому что только некоторые из электронов были выбиты в этом направлении.

3. Есть и такие, которые остались на месте, радуясь, что здесь уже не так многолюдно.

4. И те, что пошли к краям: они добираются до поверхности провода и вдруг понимают, что им некуда идти в том направлении, куда они направлялись, не потому, что был дисбаланс заряда по направлению к тому, куда они пошли, они убегали от заряда. в первую очередь дисбаланс, а потому, что они буквально на поверхности провода, и если они продолжат двигаться наружу, их буквально больше не будет на проводе. Поэтому они остаются на поверхности. Почему?

Они понимают 3 вещи:

1. Если какой-либо из них направится обратно к центру провода, они снова создадут дисбаланс заряда и, таким образом, будут отброшены назад. Если это произойдет хотя бы на миллисекунду, этот электрон, который вошел, создаст локальное электрическое поле и, таким образом, будет вытолкнут обратно.

2. Они чувствуют, что впереди дисбаланс зарядов, так как некоторые электроны были отброшены таким образом, но...

3. Отрицательная клемма батареи находится прямо позади них, там, где возникло электрическое поле (я знаю, что положительное — это то место, где возникают электрические поля, но я пока не обращаю на это внимания), а дисбаланс заряда сзади (электрическая сила ощущается сзади оттуда). ) сильнее, чем тот, который они чувствуют впереди.

Поэтому от нечего делать они остаются на краю и медленно продвигаются вперед, где плотность электронов меньше, чем плотность сзади.

Теперь внутри проволоки, ближе к центру, где изначально было скопление слишком большого количества электронов, дисбаланса зарядов больше нет, но эти оставшиеся там электроны чувствуют то же, что и кольцо вокруг них: они чувствуют, что кольцо которые формируются прямо перед ними, менее тесны в кольце вокруг того места, где они находятся, поэтому они также начинают двигаться вперед.

Это продолжается по всей цепи до положительной стороны батареи, причем каждое кольцо содержит немного меньше электронов, чем кольцо за ним, пока вы не дойдете до положительной стороны, где электронов почти нет на краю, но также равное количество электронов и протонов внутри провода, при этом электроны пробиваются вперед к той части, которая кажется еще менее переполненной электронами. Если бы не было равного количества, эти электроны почувствовали бы локальные электрические поля и разлетались бы в случайных направлениях, и мы уже видели, как это получилось, с электронами только на поверхности провода.

Вот почему в проводе, образующем цепь, электрического поля нет не потому, что электрическое поле возникает только из-за колец заряда на поверхности самого провода. На самом деле по всему проводу существует постоянное электрическое поле (аргумент в пользу постоянного почти такой же: если бы его не было, некоторые электроны выталкивались бы быстрее, чем другие, и создавали бы места с более высокой плотностью электронов, локальные электрические поля, которые ускоряли бы некоторые электроны). электроны ускоряются и замедляют другие до тех пор, пока снова электрическое поле не станет везде постоянным), в то время как электроны внутри провода равномерно распределены с протонами, не создавая локальных электрических полей.

Я думаю, что эти 2 изображения показывают это довольно хорошо:

Если вы возьмете идеальный проводник, в нем не может быть поля, потому что если бы оно было, частицы расположились бы таким образом, чтобы нейтрализовать поле, верно?

Правильно, для идеального проводника не может быть электрического поля в пределах периода проводника.

Но почему то же самое не относится к проводу?

Это верно в электростатическом случае . Поскольку внутри проводника заряд может свободно перемещаться, если внутри проводника присутствует электрическое поле, заряд будет ускоряться. Таким образом, если конфигурация статична, внутри проводника не может быть электрического поля. Иными словами, если конфигурация не статична, внутри проводника существует электрическое поле.

Провод — это, по сути, длинный тонкий проводник, но электроны действительно текут, поэтому должно существовать электрическое поле.

Правильный. Например, если через (неидеальный) проводник протекает постоянный ток, внутри проводника существует постоянное электрическое поле.

Обратите внимание, что для идеального проводника электрическое поле не требуется для поддержания постоянного тока.

Хотя провод и является проводником, в нем нет электрического поля именно потому, что он способен проводить ток! Чтобы электрическое поле «существовало», вам нужна разность потенциалов (напряжение).
Если вы подсоедините батарею к концам провода, напряжение батареи создаст электрическое поле, которое на самом деле заставит электроны в проводе двигаться и пытаться «нейтрализовать» электрическое поле. Это достигается за счет разрядки батареи и, таким образом, устранения электрического поля.

Я думаю, что есть причина, по которой заряд течет по проводу, хотя он и проводник. Причина в уравнении непрерывности. Не будет справедливости, если смотреть только на провод. Если провод отделить от цепи и согнуть так, что он образует замкнутую петлю, он не будет конфункционировать ток. Заряды перемещаются туда почти мгновенно и перестраиваются, нейтрализуя электрическое поле. Но когда провод помещается в цепь, гашение поля просто никогда не может быть завершено. В какой-то точке цепи заряды должны каким-то образом рассеиваться. (например, накопление заряда в лампочке приводит к свечению лампочки.) Таким образом, заряды никогда не могут перестроиться, чтобы нейтрализовать поле, и, следовательно, поле остается и действует как ЭДС, вызывая поток каржей.