Я просматривал свои записи для вводного курса по электричеству и магнетизму и был заинтригован кое-чем, на что у меня нет ответа. Насколько я помню, мой профессор упомянул, что электрический ток на самом деле представляет собой не поток электронов, а распространение электрического поля. Мой вопрос в том, как поле «узнает», в каком направлении двигаться или даже по какому пути двигаться? Электроны просто перемещаются от атома к атому, поскольку они чувствуют силу из-за разности потенциалов (если я правильно понял). Но как быть с полем? Спасибо всем заранее.
Электрический ток, по определению, представляет собой поток заряженных частиц.
Когда кто-то говорит, что это распространение электрического поля, обычно он имеет в виду следующее:
Скорость электронов в проводах очень мала (несколько см/с, если я правильно помню), но когда человек включает свет, он не видит никакой задержки. Лампа начинает светиться, когда электроны начинают двигаться внутри нее, а не когда электроны приходят к ней от выключателя света. Электрическое поле распространяется по проводам и заставляет электроны двигаться повсюду.
Когда провод подключается к источнику, электрическое поле существует только в начале провода. Это поле заставляет электроны двигаться и изменяет их плотность. Это возмущение создает электрическое поле вокруг и перемещает электроны в близлежащую часть провода.
Это возмущение распространяется очень быстро, почти со скоростью света.
Этот процесс можно сравнить с ударной волной. Ветер — это, по определению, поток молекул воздуха. Но разница давлений (ударная волна), заставляющая их двигаться, может распространяться даже быстрее звука.
Есть старая и клишированная, но на самом деле довольно хорошая аналогия для понимания электрических цепей, а именно представление о цепи как о воде, протекающей по трубам.
Если у вас есть труба, полная воды, и вы открываете кран с одного конца, вода тут же начинает течь с другого конца. Ну, не совсем сразу: когда вы открываете кран, вы повышаете давление (в этой аналогии давление = напряжение) и создаете волну давления, которая распространяется по трубе. Когда волна давления достигает дальнего конца трубы, вода начинает течь.
Это аналогично комментарию Максима «Этот процесс можно сравнить с ударной волной», а в электрической цепи «волна напряжения» распространяется со скоростью, близкой к скорости света. В водопроводе волна распространяется со скоростью звука в воде. В обоих случаях не имеет значения, как быстро движутся вода/электроны, важна скорость волны.
Ты прав. Поле действительно будет распространяться и за пределы электрического проводника. Однако, поскольку вне проводника затронуто очень мало электронов, напряженность поля вне проводника быстро упадет. Однако внутри проводника, где поле действительно перемещает много дополнительных электронов, эти движения будут вносить свой вклад в напряженность поля.
Однако сила поля не связана напрямую с его скоростью .
эндолит