Ток в цепях и проводимость

Я действительно озадачен проблемой в течение довольно долгого времени, и я, похоже, вообще не могу ее решить. Это связано с электронами, которые движутся по цепи.

Мы знаем, что батарея накапливает чрезмерное количество электронов на своем аноде, и что при соединении провода между анодом и катодом электроны будут перемещаться от анода к катоду, и поэтому в нашей батарее будет ток. простая схема. Итак, в этом сценарии батарея обеспечивает нашу схему электронами, и они проходят по проводу от анода к катоду.

Знайте, нам говорят, что проводящие материалы — это материалы, которые имеют специфическую химическую структуру, что позволяет им иметь свободные электроны, способные свободно перемещаться в материале. Нам говорят, что если мы приложим к таким материалам электрическое поле (напряжение), то хаотическое движение свободных электронов внутри проводника приобретет результирующую скорость, и что ее направление будет зависеть от приложенного нами электрического поля.

Нам также говорят, что батареи питают цепь постоянным напряжением. Итак, от кого исходят электроны, движущиеся по цепи? Электроны, которые движутся по токопроводящему проводу в цепи, происходят только из батареи (и не имеют ничего общего со свободными электронами провода), или это электроны провода, которые движутся по петле через батарею ( с батареей, обеспечивающей только необходимое напряжение и ничего больше)? Или оба?

В каждом ответе мне нужно подробное физическое объяснение того, что на самом деле происходит. Одна мысль, которая у меня была, заключалась в том, что батарея поставляет свои электроны в цепь, и когда эти электроны входят в провод, они сталкиваются со свободными электронами проводящего материала и просто меняются местами (электроны батареи) с электроны материала, но в этом процессе у нас движутся электроны из провода (что-то вроде движения заряда внутри перехода диода). Таким образом, электроны из батареи фактически сталкиваются с электронами провода, затем движущиеся электроны провода сталкиваются с другими свободными электронами провода, и ток, который создается в цепи, создается как электронами, исходящими из батарея и свободные электроны провода.

Заранее спасибо.

Ответы (2)

Возьмем проволоку из меди. Медь имеет 29 электронов, 29 протонов и 35 нейтронов. Электроны расположены на уровнях с 2, 8, 18 и 1 электронами.

Медный атом

Оболочка 1 имеет 2 электрона, удерживаемых 29 протонами. Они могут покинуть атом, если смогут преодолеть силу притяжения 29 протонов.

Оболочка 2 имеет 8, удерживаемых 27 протонами. Чтобы уйти, электронам потребуется только энергия притяжения 27 протонов. Меньше энергии, чем у Shell 1.

Оболочка 3, 18, удерживаемая 19 протонами. Опять же меньше энергии, чем Shell 1 или 2.

Оболочка 4. Валентная оболочка. 1 электрон удерживается 1 протоном. Этот электрон находится далеко от ядра (в атомном исчислении) и может стать свободным электроном, если преодолеет силу притяжения 1 протона.

Тепло, свет, физическая сила и ЭДС (электродвижущая сила) могут заставить этот электрон покинуть атом меди. Электрон становится свободным электроном, а атом меди становится положительным ионом. С ты + . Все атомы хотят быть сбалансированными (одинаковое количество электронов и протонов).

В отсутствие ЭДС движение электронов носит случайный характер. Они сталкиваются с полными атомами Cu и притягиваются С ты + ионы, превращаясь в полноценные атомы Cu. Это показано на следующей анимации.

Медный провод - без ЭДС

Но с ЭДС у нас есть две вещи: источник электронов и сила, вызывающая свободные электроны. Отрицательный заряд на отрицательном полюсе отталкивает свободные электроны и заполняет С ты + ионы.

Медный провод - ЭДС

Упрощенно, ЭДС создает свободные электроны, а ионы притягивают свободные электроны. Поперечное сечение любого провода имеет огромное количество атомов, поэтому фактические электроны перемещаются на короткие расстояния, но общий поток электронов может течь на большие расстояния.

1А тока составляет 1 Кл/с, что соответствует расходу 6,25 × 10 18 электронов/с. Масштаб реальности гораздо больше, чем это объяснение.

Лучшие проводники (Серебро [2, 8, 18, 18, 1], Медь, Золото [2,8,18,32,18,1]) имеют 1 валентный электрон.

Итак, проводимость или ток — это просто поток электронов.

Если ток прекратится, большинство свободных электронов притянется к С ты + ионов, поэтому свободных электронов (кроме высвобождаемых при нагревании и т. д.) будет немного. Любые свободные электроны потратили бы время, отскакивая от полных атомов или изоляторов.

Это просто, как вы знаете, как батарея накапливает чрезмерное количество электронов на стороне анода, таким образом

  • на стороне анода больше электронов, чем на катоде, это создает разность потенциалов
  • этот pot.diff заставляет электрон в проводе двигаться в определенном направлении
  • теперь, когда эти электроны движутся, они генерируют pot.diff. внутри провода, который побуждает электрон от анода занять место перемещенного электрона
  • этот цикл продолжается до тех пор, пока электрон не накопится на аноде

Надеюсь, вы можете визуализировать это

Ток в цепях и проводимость
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v