Удаление электрона из проводника

Я пытаюсь понять, как думать и визуализировать проводник с добавлением заряда.

Насколько я понимаю, проводники определяются как материалы (где ядро ​​неподвижно), которые позволяют электронам свободно течь от атома к атому. Они обладают свойствами, которые Е → "=" 0 внутри и р "=" 0 внутри.

В случае, когда вы добавляете положительный заряд, электроны будут двигаться так, чтобы компенсировать эффективное электрическое поле добавленного заряда, и будет достигнуто электростатическое равновесие. Таким образом Е → "=" 0 что следует по закону Гаусса ( ∇ ⋅ Е → "=" р ϵ 0 ) , так р "=" 0 .

Это хорошо, но что произойдет, если мы удалим электрон? Как на это отреагирует дирижер? Будет ли он просто переконфигурирован, чтобы свести к минимуму силы отталкивания и останется с положительным р внутри и ненулевое Е → ?

Любой заряд, который вы удаляете или добавляете к массе, изменит потенциал в этой точке. Из-за созданной таким образом разности потенциалов по отношению к окружающим областям заряды будут втекать и выходить из этой точки, чтобы уравнять потенциал. Это будет продолжаться до тех пор, пока избыточный заряд не достигнет границы (небольшая математика может показать это). Это снова лишает внутреннюю часть избыточных зарядов и сохраняет нулевое электростатическое поле.
@Lelouch Хорошо, но разве это не тот случай, когда в проводнике только электроны движутся от частицы к частице, поскольку ядро ​​​​проводящего материала неподвижно, поэтому какой избыточный заряд достигает границы в случае, когда вы удаляете электрон из материала ?

Ответы (1)

Когда вы заряжаете проводник положительным зарядом, вы на самом деле удаляете такое же количество заряда -ve, потому что движутся только электроны.

Закон Гаусса предполагает, что заряд бесконечно кратен и может быть равномерно распределен по всему объему или по поверхности. Это хорошее приближение, когда заряд порядка 1 мю С , что соответствует примерно 10 13 электроны. Тогда объемная и поверхностная плотности заряда р и о иметь значение.

Однако, когда заряд состоит из небольшого числа электронов — и тем более, когда он всего один электрон, — эти величины не имеют никакого смысла, если они не усреднены по времени. По той же причине, если заряд на проводнике представляет собой избыток или недостаток небольшого числа электронов, электрическое поле не может быть равно нулю во всех точках внутри, потому что избыточный заряд не распределен равномерно по поверхности.

Из-за беспорядочного высокоскоростного движения электронов проводимости по всему проводнику электрическое поле Е внутри он может быть вообще не очень хорошо определен, когда заряд избытка/дефицита настолько мал, и будет колебаться со стандартным отклонением, пропорциональным 1 н где н является избыточным числом избыточных/дефицитных электронов.

Даже когда есть 10 13 избыточные электроны, никакой конкретной группы 10 13 электроны остаются на поверхности, а исходные электроны проводимости остаются внутри. Все электроны идентичны и движутся одинаково, и только в среднем вблизи поверхности будет обнаружен избыток электронов. По мере добавления или удаления новых электронов область, в которой, вероятно, будет обнаружен избыток или недостаток электронов и в которой электрическое поле не близко к нулю, будет все ближе и ближе к поверхности.

Если вы добавляете или удаляете заряд, всегда происходит перераспределение среднего заряда, даже когда добавляется или удаляется один электрон, потому что электроны движутся случайным образом с высокой скоростью. Они не закреплены на поверхности.

Спасибо за ваш очень информативный ответ. Почему случайное высокоскоростное движение электронов проводимости приводит к большим флуктуациям Е для меньшего количества избыточных/дефицитных электронов? Это просто потому, что, как вы сказали, недостаточно распространиться, чтобы свести на нет эффекты добавленного или удаленного заряда?
@Alex Алекс: Извините, мой ответ более умозрительный, чем это оправдано моими знаниями об электронах в металлах. Я подумаю еще немного об этой проблеме и обновлю ее, как только смогу.
Удаление электрона из проводника
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v