Mek Mek
10518
BLOG

Prąd elektryczny w przewodniku.

Mek Mek Nauka Obserwuj temat Obserwuj notkę 24
Trwa dyskusja o przepływie prądu elektrycznego w przewodniku.
Przypomnijmy:
 
- Prąd elektryczny w przewodniku metalicznym to uporządkowany ruch elektronów swobodnych.
 
- Swobodne elektrony znajdują się w sieci krystalicznej i poruszają się ruchem chaotycznym. Porównujemy je do cząsteczek gazu znajdującego się w zbiorniku i nazywamy je gazem elektronowym.
 
- Jeśli dwa końce źródła napięcia są połączone przewodnikiem, przez ów przewodnik przepływa prąd. Jeden koniec baterii bez ustanku przesyła elektrony do przewodnika, podczas gdy drugi koniec, też bez przerwy, te elektrony otrzymuje. Przepływ prądu jest wywoływany przez napięcie, czyli różnicę potencjałów pomiędzy końcami.
 
- Pod wpływem napięcia tworzy się pole elektryczne, które działa na elektrony zmieniając rozkład ich prędkości.
 
- Ruch ładunku jest wywołany ruchem cząstek (lub pseudocząstek) obdarzonych ładunkiem, zwanych nośnikami prądu. Nośnikami prądu elektrycznego mogą być elektrony, jony bądź dziury, czyli puste miejsca po elektronach. W metalach swobodnie przemieszczają się jedynie elektrony, dlatego prąd elektryczny w metalach jest ruchem elektronów przewodnictwa.
 
Definicja napięcia – to praca, którą musi wykonać pole elektryczne w przewodniku, by przemieścić z jednego końca przewodnika na drugi, ładunek jednostkowy, jeden kulomb.
 
 
Jeżeli następuje odbiór energii elektrycznej na końcu obwodu, to niemal w tym samym momencie (dokładniej, z prędkością światła) następuje pobór tej energii na początku obwodu.
Skąd źródło „wie” (z tą prędkością) o różnicy potencjału na końcu obwodu i skąd koniec obwodu „wie” ile energii dostarczyło źródło zasilania na początku obwodu?
Tym bardziej, że.
Prędkość elektronów w przewodniku jest raczej chaotyczna, a nawet jeśli uporządkowana, to i tak rzędu cm/sek. A jest to raczej prędkość termiczna.
 
Jako przykłady przepływu prądu elektrycznego podaje się analogie z pociągiem, długą tyczką, liną, wodą, gazem. Podpiera się teoriami i matematyką gazu Fermiego, cieczy Fermiego, pędu Fermiego, funkcji Blocha, itp?
Eksperymentami Stewarta i Tolmana.
 
Czy jest to uzasadnione?
 
Rozpatrzmy:
Przypominam, że przepływ energii przewodnikiem (np. linią długą), odbywa się z prędkością ok. 300 000 km/sek.
 
Analogia do wiatru, który ma inna prędkość jak cząsteczki powietrza jest chybiony, ponieważ wiatr nie może przenieść tej energii w tak krótkim czasie. Występowałoby drastyczne opóźnienie. Mimo, że wiatr może przenieść dużo większą energię, to czas jej przenoszenia jest bardzo długi i wyklucza to tę analogię. Jeżeli wziąć pod uwagę zawracanie elektronów i drogę po łamanej, prędkość takiego prądu wynosiłaby najwyżej kilka cm/sek. Gaz elektronowy chaotyczny i nieuporządkowany nie może przenieść tej energii z prędkością światła.
 
Analogia do przepływu wody jest również chybiona. Ani przepływ laminarny elektronów, ani rozchodzenie się ciśnienia nie potwierdzają tej możliwości. Przepływ (przepompowywanie) laminarny elektronów z prędkością światła jest wykluczony, a rozkład „ciśnienia” ładunków (elektronów) w przewodniku jest zmienny, powierzchniowy.
 
Analogia do długiego ściśle połączonego wagonami pociągu jest tym bardziej nieprawdziwa. Jeżeli ilość wagonów odebranych w odbiorniku i ilość wagonów dodanych w źródle jest taka sama, to wszystkie te „wagony” (nierozróżnialne elektrony) musiałyby się poruszać, choćby drgać, osiągać prędkości przejścia równe prędkości światła. Dodatkowo, elektrony oddzielone są między sobą ogromną pustą przestrzenią i nie dzieje się tak, że jeden elektron natychmiast „popycha” drugi.
 
Analogia do liny czy tyczki, one też musiałyby przenieść energię wprowadzoną/wyprowadzoną z jednego końca do drugiego z prędkością światła, co jest niemożliwe w świetle nośników. Sztywne struktury mechaniczne są ośrodkami sprężystymi, a prędkości w nich są równe prędkościom fal akustycznych i są o całe rzędy wielkości poniżej prędkości światła.
 
W prądach przemiennych nie można już wytłumaczyć unoszenia prądu, więc forsuje się, że są to drgania nośników. Kasuje to natychmiast podstawę dotychczasowego rozumienia i nauczania, czyli gaz elektronowy. Również prędkości przejścia i oddalenie elektronów świadczą o drganiach, jako nieprawdziwym podejściu. Drgania wykluczył również eksperyment Stewata i Tolmana.
 
Energia, ładunek, musi przepłynąć od początku do końca, a nie wpłynąć i wypłynąć na końcach poprzez ruch, choćby cząstkowy, nośników.
 
Żaden nośnik prądu nie ma możliwości przepłynąć, czy też przekazać energii w przewodniku od źródła do odbiornika z prędkością, z jaką dociera tam energia elektryczna.
 
Zatem pytaniem zasadniczym jest: co przenosi tę energię?
Jak to możliwe, aby energia przepłynęła przez całą długość przewodu z prędkością światła, gdy elektrony... nie nadążają za transportem energii?
 
Prąd płynie tak szybko, jak szybko po przewodniku propaguje się „pole” magnetyczne i tylko pośrednio jest to związane z mechanizmami powstającymi wewnątrz przewodnika. Obrazowo można to przybliżyć, jako transport energii po powierzchni, zaburzający tę powierzchnię, a więc odpowiednio i to, co bezpośrednio pod powierzchnią. Zaburzenia te, nazywamy oporem, stratami.
Dokładniej tą ciekawą propagację (i „nadprzewodnictwo”), opiszę innym razem.
 
 
Wnioski.
Dodatkowe ruchy cząstek w przewodniku, są efektem (stratą), oporem dla przepływu energii po powierzchni przewodzącej, przenoszącym się odpowiednio do wnętrza przewodnika.
 
Przepływ energii magnetycznej po powierzchni przewodzącej, wpływ tej energii na ładunek elektronów i pojawiające się w związku z tym „pole elektryczne”, a zatem powstające wokół oddziaływania jako efekty – to prąd elektryczny.
 
Prąd elektryczny w przewodniku metalicznym rozumiany jako uporządkowany ruch elektronów swobodnych, nie jest prawdą.

 

Mek
O mnie Mek

Nowości od blogera

Komentarze

Inne tematy w dziale Technologie