Сравнение скорости электрона и скорости электрического тока

На главную страницу Скорость  электрического тока как критерий выбора носителей электрического тока                    Скорость носителей электрического тока должна совпадать со скоростью электрического тока.  Сейчас в электродинамике принята физическая модель электрического тока, в которой носителями электрического тока являются электроны проводимости. Из анализа свойств индуктивного тока выведена другая физическая модель, где носителями электрического тока являются электроны, связанные в комплексы с магнитным полем проводника. Проведём сравнительный анализ скорости этих двух физических моделей. Сначала рассмотрим физическую модель электрического тока,  где носителями электрического тока являются электроны проводимости.   1. Физическая модель, в которой носителями электрического тока являются электроны.   Скорость электрического тока равна скорости света.  Электроны проводимости не могут достичь такой скорости. Согласно теории относительности Эйнштейна, скорость любых частиц, обладающих не нулевой массой покоя, не может достичь скорости света.   Но в проводнике первого рода ситуация с согласованием скоростей носителей электрического тока и самого электрического тока ещё хуже. Скорость электронов проводимости должна быть больше в 10.000.000.000.000.000.000.000.000 раз максимально возможной направленной скорости электронов. Согласно существующей теории электрического тока, при постоянном электрическом токе электроны проводимости, переносящие электрический ток от электростанции до потребителя дойдут лет через сто (в зависимости от расстояния), а при переменном токе – никогда.  Однако мы знаем, что при включении рубильника на электростанции, напряжение мгновенно (со скоростью света), появляется у потребителя. Это известно из практики, поэтому в электродинамике скорость электрического тока принято считать равной скорости света независимо от того, что электроны не могут достичь этой скорости.  «Мы бы еще хотели подчеркнуть, что явление магнетизма — это на самом деле чисто релятивистский эффект. В только что рассмотренном случае двух зарядов, движущихся параллельно друг к другу, можно было бы ожидать, что понадобится сделать релятивистские поправки к их движению порядка . Эти поправки должны отвечать магнитной силе. Но как быть с силой взаимодействия двух проводников в нашем опыте (рис.1)? Ведь магнитная сила — вся действующая сила. Она не очень — то смахивает на «релятивистскую поправку». Кроме того, если оценивать скорости электронов в проводе, то их средняя скорость вдоль провода составляет около 0,01 см/сек.                                         Рис. 1   Итак,  равно примерно . Вполне пренебрежимая «поправка». Но нет! Хоть в этом случае магнитная сила и составляет  от «нормальной» электрической силы, действующей между движущимися электронами, вспомните, что «нормальные» электрические силы исчезли в результате почти идеального баланса   из — за того, что количества протонов и электронов в проводах одинаковы. Этот баланс намного более точен, чем , и тот малый релятивистский член, который мы называем магнитной силой, — это единственный остающийся член, он становится преобладающим. Почти полное уничтожение электрических эффектов и позволило физикам изучить релятивистские эффекты (т.е. магнетизм), и открыть правильные уравнения (с точностью до ), даже не зная, что в них происходит ». [1] Для физики отказ от познания физической природы электрического тока выглядит странно, тем более что расхождение теоретических предположений и экспериментальных данных настолько большое, что можно говорить о неверно выбранных носителях электрического тока. Носители электрического тока должны перемещаться                     вдоль проводника со скоростью, превосходящей максимальную скорость направленного движения электронов в  (10.000.000.000.000.000.000.000.000) раз. Это для случая, когда проводник расплавляется. Для реальных токов это соотношение ещё больше. Это означает, что носители тока в теории электрического тока ещё не определены, и нужно продолжать исследования в этом направлении. Для поиска носителей электрического тока могут помочь эксперименты М. Фарадея с индукционным электрическим током. Индукционный ток может существовать только в случае очень жесткой взаимосвязи между электронами и магнитным полем. Носителем индукционного тока являются электроны, связанные в единый комплекс с магнитным полем.   2. Физическая модель, в которой носителями электрического тока являются связанные в единые комплексы электроны проводимости – магнитное поле.   В физической модели электрического тока, где носителями электрического тока являются электроны, связанные в единые комплексы электрон – магнитное поле, величина направленной скорости электронов проводимости значения не имеет. Процесс прохождения электрического тока при носителях электрического тока электронах, связанных в единый комплекс с магнитным полем, происходит следующим образом. При подаче электрического напряжения на проводник, электрическое поле  распространяется вдоль проводника со скоростью света. При своём распространении электрическое поле взаимодействует с уже находящимися в проводнике электронами проводимости. Воздействуя на электроны, внешнее напряжение заставляет электроны двигаться. Это движение возбуждает магнитное поле за счет взаимодействия внутри единого комплекса электрон – магнитное поле.  Скорость электрического тока при носителях электрического тока электронах, связанных в единый комплекс с магнитным полем, всегда равна скорости света. Вывод: электроны, связанные в единый комплекс с магнитным полем, полностью  подходят на роль носителей электрического тока.   Другой проблемой существующей физической модели электрического тока является предполагаемая зависимость скорости электрического тока от скорости электронов, как объём воды, протекающей по шлангу, зависит от скорости потока воды. Физическая модель потока электричества по проводнику должна сопровождаться соответствующими выводами. В шланге с водой, чем больше поток воды, тем больше скорость движения воды. Скорость электрического тока также должна зависеть от силы тока. Чем больше сила тока, тем больше должна быть скорость электрического тока. Исходя из этой физической модели, теория электрического тока должна была вывести основную формулу — зависимость скорости электрического тока от его величины. Эта формула не была выведена, поскольку известно, что скорость электрического тока не зависит от скорости направленного движения электронов. В альтернативной физической модели электрического тока, где носителями электрического тока являются электроны, связанные в  единые комплексы с магнитным полем, скорость электрического тока не зависит от величины электрического тока и всегда равна скорости света. Процесс прохождения электрического тока в соответствии с этой физической моделью происходит следующим образом. При подаче напряжения на проводник, электрическое поле распространяется вдоль проводника со скоростью света. При своём распространении электрическое поле взаимодействует с уже находящимися в проводнике электронами проводимости, связанные в единые комплексы с магнитным полем проводника. Образуется магнитное поле проводника и возникает электрический ток.         Вывод: электроны проводимоти, связанные в комплексы с магнитным полем, полностью  подходят на роль носителей электрического тока.     Литература   1.   Фейнмановские лекции по физике. М., Издательство Мир, 1976. 2. Дрюков В.М. О чём молчат физики. Тула, 2004. 3 http://drjukow.narod.ru/. 4. https://sites.google.com/site/drjukow. 5. Дрюков В.М. Физика. Дополнительные материалы. Тула изд. ООО Аквариус. 2021 Поиск носителей электрического тока

О скорости распространения электрического тока

Скорость распространения электрического тока.. Скорость движения носителей зарядов в электрическом поле.. От чего зависит скорость дрейфа носителей зарядов?.. Тепловое действие тока..

При изучении электрического тока часто возникают трудности понимания процессов, которые происходят на атомарном уровне и недоступны нашим органам чувств — электрический ток нельзя увидеть, услышать или пощупать. Это порождает целый ряд вопросов, в частности: почему проводники нагреваются? Какова скорость электронов в проводнике и от чего она зависит? Почему, когда мы нажимаем на выключатель, лампочка загорается практически мгновенно? Попробуем вместе разобраться и ответить на эти и другие интересующие вас вопросы.

Почему лампочка загорается практически мгновенно?

Прежде всего, нужно различать и не смешивать понятия «скорость распространения электрического тока» и «скорость движения носителей заряда» — это не одно и то же.

Когда мы говорим о скорости распространения электрического тока в проводнике, то имеется в виду скорость распространения по проводнику электрического поля, которая примерно равна скорости света (≈ 300 000 км/сек). Однако это не означает, что движение носителей зарядов в проводнике происходит с этой огромной скоростью. Совсем нет.

Движение носителей заряда (в проводнике — это свободные электроны) происходит всегда довольно медленно, со скоростью направленного дрейфа от долей миллиметра до нескольких миллиметров в секунду, поскольку электрические заряды, сталкиваясь с атомами вещества, преодолевают большее или меньшее сопротивление своему движению в электрическом поле.

Но дело в том, что свободных электронов в проводнике очень, очень много (если каждый атом меди имеет один свободный электрон, то в проводнике столько подвижных электронов, сколько и атомов меди). Свободные электроны имеются везде в электрической цепи, включая, в том числе, и нить накаливания лампочки, которая является частью этой цепи.
При присоединении проводника к источнику электрической энергии в нем распространяется электрическое поле (со скоростью, близкой к скорости света), которое  начинает действовать на ВСЕ свободные электроны практически одновременно.

Поэтому мы не наблюдаем никакого запаздывания между замыканием контактов выключателя и началом свечения лампочки, находящейся за десятки или сотни километров от электростанции. Включили напряжение, свободные электроны начали движение (во всей цепи одновременно), перенесли заряд, передали кинетическую энергию атомам вольфрама (нить накаливания), последняя нагрелась до свечения — вот и светит лампочка.

В случае переменного тока для получения требуемого тепла (рассеиваемой мощности нити накаливания) направление тока не имеет значения. Свободные электроны совершают колебания в соответствии с изменениями электрического поля и переносят заряд туда-обратно. При этом электроны сталкиваются с атомами кристаллической  решетки вольфрама, передавая им свою энергию. Это приводит к нагреву нити накаливания лампочки и ее свечению.

От чего зависит скорость дрейфа носителей зарядов?

Скорость направленного дрейфа носителей зарядов в электрическом поле пропорциональна величине электрического тока: небольшой ток означает медленную скорость потока зарядов, большой ток означает большую скорость.

На скорость носителей заряда влияет также сопротивление проводника. Тонкий проводник имеет большее сопротивление, проводник большого диаметра имеет меньшее сопротивление. Соответственно, в тонком проводнике скорость потока свободных электронов будет больше, чем в толстом проводнике (при одном и том же токе).

Имеет значение и материал проводника: в алюминиевом проводнике скорость потока электронов будет больше, чем в медном проводнике такого же сечения. Это означает, кроме прочего, что один и тот же ток будет нагревать алюминиевый проводник больше, чем медный.

Тепловое действие тока

Рассмотрим природу теплового действия тока более подробно.
При отсутствии электрического поля свободные электроны перемещаются в кристалле металла хаотически. Под действием электрического поля свободные электроны, кроме хаотического движения, приобретают упорядоченное движение в одном направлении, и в проводнике возникает электрический ток.

Свободные электроны сталкиваются с ионами кристаллической решетки, отдавая им при каждом столкновении кинетическую энергию, приобретенную при свободном пробеге под действием электрического поля. В результате упорядоченное движение электронов в металле можно рассматривать как равномерное движение с некоторой постоянной скоростью.
Поскольку кинетическая энергия электронов, приобретаемая под действием электрического поля, передается ионам кристаллической решетки при столкновении, то при прохождении постоянного тока проводник нагревается.
 
В случае переменного тока имеет место тот же эффект. С той лишь разницей, что электроны не перемещаются в одном направлении, а под действием переменного электрического поля они колеблются вперед-назад с частотой сети (50/60 Гц), оставаясь практически на месте.
При этом электроны также сталкиваются с атомами кристаллической  решетки металла, передают свою кинетическую энергию и это приводит к нагреву кристаллической  решетки. При достаточно больших  значениях тока сильно разогретая решетка может даже потерять постоянные связи (металл начнет плавиться).

Похожие статьи: 1. Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона
                              2. Направление электрического тока
                              3. Что такое электрический ток?
                              4. Проводники и изоляторы. Полупроводники
                              5. Постоянный и переменный ток
                              6. Электрический ток в жидкостях 
                              7. Проводимость в газах
                              8. Электрический ток в вакууме
                              9. О проводимости полупроводников 

Как быстро распространяется электричество – Atlantic Key Energy

Aug222021

Солнечная энергия

Солнечная энергия с каждым днем ​​становится все более популярной темой для разговоров. Однако даже при таком большом общественном интересе все еще существует много дезинформации и вопросов без ответов. Один из таких вопросов: как быстро распространяется электричество, когда речь идет о солнечной энергии? Если хотите узнать ответ, читайте дальше.

Какова скорость электричества?

Электричество относится к движению и потоку электронов через проводник в определенном электрическом поле. В случае большинства бытовых приборов проводником является медный провод.

Говоря о скорости электричества, мы можем иметь в виду две вещи. Во-первых, у нас есть скорость, с которой электричество движется по проводнику. В этом случае ответ заключается в том, что электричество движется почти со скоростью самого света. Чтобы выразить это в цифрах, он путешествует со скоростью 670 616 629 человек.миль в час.

В качестве альтернативы мы могли бы также говорить о скорости электронов в определенном электрическом поле. Хотя вы можете подумать, что эта скорость должна быть такой же, как и само электричество, это не так. На самом деле электроны движутся несколько медленнее, и это понятие известно как дрейфовая скорость.

Скорость дрейфа

Различные материалы допускают разные скорости и движения электронов. Некоторые из них удерживают электроны более связанными, не позволяя им свободно перемещаться вне своих атомов. Другие позволяют электронам прыгать быстрее, и эти материалы известны как проводники электричества. Медь — лишь один из них.

Когда электроны движутся внутри проводника, они медленнее, потому что их энергия достаточно хаотична. Чтобы сделать его более направленным и быстрым, вводится электрическая сила. Эта сила фокусирует всю энергию в одном направлении, поэтому скорость электричества, выходящего из проводника, становится намного больше.

Скорость электричества и солнечных батарей

Многие люди считают, что электричество, создаваемое солнечными панелями, распространяется с меньшей скоростью, чем та, которую они получают от электросети. Однако это просто миф. Их скорости абсолютно одинаковы, так как источник энергии абсолютно не влияет на их скорость.

Солнечные батареи генерируют электричество постоянного тока, скорость которого близка к скорости света. Однако вы не можете использовать это электричество для питания ваших приборов. Для этого вам нужен солнечный инвертор, который будет превращать энергию постоянного тока в энергию переменного тока.

Хотя может показаться логичным, что преобразование электричества из одного тока в другой приведет к потере скорости, здесь это не так. По сути, вы вообще ничего не теряете. Ваш инвертор просто позволяет питать ваш дом, а скорость электричества остается прежней.

Если вы производите больше энергии, чем можете потратить (например, летом), у вас есть два варианта. Один из них – возвращать избыточную энергию обратно в энергосистему. Тем не менее, есть также способы, которыми вы можете хранить электроэнергию и использовать ее позже благодаря сетевому учету.

Энергия, которую вы экономите благодаря чистому измерению, всегда имеет одинаковую скорость, независимо от того, сколько времени вам потребуется на ее использование. Таким образом, ваше электричество всегда будет двигаться с указанной выше скоростью, независимо от его источника.

Несколько слов на прощание

Как вы уже прочитали, ответ на вопрос, как быстро движется электричество, довольно прост. Его скорость аналогична скорости света и не зависит от источника энергии. Таким образом, ваши солнечные панели будут генерировать электроэнергию так же быстро и мощно, как и электроэнергия, которую вы получаете от своей коммунальной компании.

Популярные темы, связанные с солнечными батареями, о которых стоит прочитать

Ищете солнечную компанию в Дейтона-Бич?
Лучшая компания по производству солнечной энергии во Флориде
Прочтите, что говорят о нас ключевые клиенты Atlantic Energy

Категория: Солнечная энергия 22 августа 2021 г.

Скорость потока электроэнергии (скорость тока.) От: О. Квист

Тема: Re: ваша почта

В пятницу. 13 октября 1995 г. Билл Бити Написал:
> Очень интересно! Все источники, с которыми я сталкивался, утверждают, что
> каждый атом в проводнике вносит один (или два?) электрон в
> зону проводимости. Можете ли вы знать приблизительную цифру для
> фактическое количество электронов/атом в решетке меди? Насколько
> меньше 1.0?

Число электронов в зоне проводимости действительно такое, как вы говорите. Но, это не то, что я говорил (ниже). Фактическое количество электронов которые вносят вклад в электрический ток, не равно количеству электроны в зоне проводимости.

Электроны, вносящие вклад в электрическую проводимость, это те электроны внутри поверхности Ферми, которые «некомпенсированы». От симметрии, эти электроны лежат на поверхности или вблизи нее и в результате Поверхность Ферми «сдвигается» под действием электрического поля. Доля электронов, которые остаются некомпенсированными, приблизительно определяется отношением (скорость дрейфа)/(скорость Ферми). Результат — количество электронов которые производят наблюдаемый ток, значительно меньший, чем у Авагадро число.

Таким образом, число электронов, производящих ток, уменьшается. увеличивается их средняя скорость. Средние скорости электронов больше вероятно, в диапазоне метров в секунду, а не в десятых долях миллиметра в секунду как и предсказывает теория свободных электронов.

---

Дата: Вт, 16 июня 1998 г. 00:31:01 -0500
От: Рой М.
Кому: Уильям Бити >
Тема: Re: Скорость дрейфа электронов в металлах
Группы новостей: sci.physics.electromag

Это второстепенный момент, но скорость дрейфа является средней. Если некоторые из тех электроны проводимости «застревают», они все равно вносят свой вклад в среднее значение.

Если вы хотите исключить самые медленные 99%, то среднее значение тех, которые вы делаете разрешить будет выше. Но это, вероятно, ненужная доработка в этом контексте, который заключается в том, чтобы рассматривать электроны как классические частицы и рассчитать средние скорости дрейфа.

Во всяком случае, эффект, о котором вы говорите, связан с теорией Ферми, Паули. исключение и сохранение энергии. Фактически меньше электронов участвуют в проведении, но их длина свободного пробега больше.

Объяснение примерно такое: не более двух (с противоположными спинами) электроны могут занимать заданное состояние. При столкновении двух электронов их конечные состояния должны иметь одинаковую полную энергию, и конечные состояния должны были вакантны. Таким образом, если все состояния, которые могут быть достигнуты в данный энергетический уровень уже заполнен, то два электрона не могут столкнуться. Конечным результатом является то, что электроны в низкоэнергетических состояниях «застревают». в тех штатах. Таким образом, только относительно небольшое количество электронов при высоких энергиях государства действительно доступны для участия, но большинство других электроны не могут столкнуться с электронами высокой энергии, поэтому что те электроны, которые действительно участвуют, идут дальше (средний свободный пробег), чем вы можете ожидать.

---

Тема: Re: Скорость дрейфа электронов в металлах
Группы новостей: sci.physics.electromag
От кого:
Организация: Eskimo North (206) For-Ever
Рассылка:

Интересно. Если часть полосы проводимости исключена из проводимости, тогда средняя дрейфовая скорость всех электронов зоны проводимости равна незатронутый.

Однако средняя дрейфовая скорость «незастрявших» электронов становится намного лучше. «Застрявшие» электроны не являются «проводящими» и не часть дрейфующей популяции, даже если они находятся в проводящем группа, да?

Ведь для расчета скорости дрейфа мы могли бы иметь посчитал также все валентные электроны в каждом атоме меди (поскольку они все «застряли»), а затем утверждал, что средняя скорость дрейфа для электронов было даже медленнее, чем если бы каждый атом вносил только один электрон к текущему.

Интересно, каким может быть реальный процент «свободных» электронов. Если бы это было мала, то, возможно, скорость дрейфа на самом деле очень велика.