Physel.ru

Физика, механика и т.п.

  • Full Screen
  • Wide Screen
  • Narrow Screen
  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

§ 43. «Скорость электрического тока» и скорость движения носителей заряда.

E-mail Печать PDF
Представим себе очень длинную цепь тока, например телеграфную линию между двумя городами, отстоящими один от другого, скажем, на 1000 км. Тщательные опыты показывают, что действия тока во втором городе начнут проявляться, т. е. электроны в находящихся там проводниках начнут двигаться, примерно через 1/300 секунды после того, как началось их движение по проводам в первом городе. Часто говорят не очень строго, но очень наглядно, что ток распространяется по проводам со скоростью 300000 км/с.

Это, однако, не означает, что движение носителей заряда в проводнике происходит с этой огромной скоростью, так что электрон или ион, находившийся в нашем примере в первом городе, через 1/800 секунды достигнет второго. Вовсе нет. Движение носителей в проводнике происходит почти всегда очень медленно, со скоростью несколько миллиметров в секунду, а часто и еще меньшей. Мы видим, следовательно, что нужно тщательно различать и не смешивать понятия «скорость тока» и «скорость движения носителей заряда».

Чтобы разобраться в том, что, собственно, мы имеем в виду, говоря о «скорости тока», вернемся снова к опыту с периодической зарядкой и разрядкой конденсатора, изображенному на рис. 70, но представим себе, что провода в правой части этого рисунка, через которые разряжается конденсатор, очень длинны, так что лампочка или прибор для обнаружения тока находятся, скажем, на расстоянии в тысячу километров от конденсатора. В тот момент, когда мы ставим ключ вправо, начинается движение электронов в участках проводов, прилегающих к конденсатору. Электроны начинают стекать с отрицательной обкладки А; одновременно, вследствие индукции, должен уменьшаться и положительный заряд на обкладке В, т. е. электроны должны притекать к обкладке В из соседних участков провода: заряд на обкладках и разность потенциалов между ними начинает уменьшаться.

Но перемещение электронов, происшедшее в участках проводов, непосредственно примыкающих к обкладкам конденсатора, приводит к появлению добавочных электронов (в участке около А) или к уменьшению их числа (в участке около В). Это перераспределение электронов изменяет электрическое поле в соседних участках цепи, и там также начинается движение электронов. Указанный процесс захватывает все новые и новые участки цепи, и когда, наконец, движение электронов начнется в волоске удаленной лампочки, оно проявится в накаливании волоска (вспышке). Понятно, что совершенно аналогичные явления имеют место и при включении любого генератора тока.

Таким образом, начавшееся в одном месте движение зарядов через изменение электрического поля распространяется по всей цепи. Одни за другими все более удаленные носители заряда вовлекаются в это движение, и эта передача действия от одних зарядов к другим и происходит с огромной скоростью (около 300 000 км/с). Иначе можно сказать, что электрическое действие передается от одной точки цепи к другой с этой скоростью или что с этой скоростью распространяется вдоль проводов изменение электрического поля, возникшее в каком-нибудь месте цепи.

Таким образом, та скорость, которую мы для краткости называем «скоростью тока»,— это скорость распространения вдоль проводника изменений электрического поля, а отнюдь не скорость движения в нем носителей заряда.

Поясним сказанное механической аналогией. Представим себе, что два города соединены нефтепроводом и что в одном из этих городов начал работать насос, повышающий в этом месте давление нефти. Это повышенное давление будет распространяться по жидкости в трубе с большой скоростью — около километра в секунду. Таким образом, через секунду начнут двигаться частицы на расстоянии, скажем, 1 км от насоса, через две секунды — на расстоянии 2 км, через минуту — на расстоянии 60 км и т. д. Спустя примерно четверть часа начнет вытекать из трубы нефть во втором городе. Но движение самих частиц нефти происходит значительно медленнее, и может пройти несколько суток, пока какие-нибудь определенные частицы нефти дойдут от первого города до второго. Возвращаясь к электрическому току, мы должны сказать, что «скорость тока» (скорость распространения электрического поля) аналогична скорости распространения давления по нефтепроводу, а «скорость носителей» аналогична скорости движения частиц самой нефти.

Комментарии  

 
0 #21 Алексей 30.12.2016 12:58
Пример с трубой выводит на волновую теорию электричества. Т.е. получается, что скорость электрического тока - это скорость распространения эл. волны (а м.б. ЭМВ) вдоль проводника, инициированной движением носителей заряда на передающем конце? На приемной стороне (на границе проводника) происходит обратное преобразование волны в заряд. А сами электроны "электрический ток" на себе "не возят". А м.б. передается только информация об изменении состояния?
Цитировать
 
 
0 #20 Blex 19.12.2016 11:25
Автор верно описал модель, но не упомянул, что труба должна быть заполнена нефтью перед началом накачки, в таком случае все сходится.
Цитировать
 
 
0 #19 ВЯЧЕСЛАВ 15.12.2016 06:36
Автору респект!Просто и убедительно.Тема достаточно сложная из-за дуализма происходящих явлений,поэтому и непонимание у людей.Особенно улыбнули комментарии людей,не знакомых с методами определения скорости света.
Цитировать
 
 
-2 #18 ботаник 30.10.2016 13:12
привет спроэктировав нано процессор50, мы получаем на выходе 50 био вольт энергии, и применив программу компьюторную с виртуальными повторениями персональные компьюторов с нано процессорами 50,на выходе из реального системного блока, получаем 500 000 био инфро вольт энергии с тремя полярностями,
Цитировать
 
 
-1 #17 ботаник 30.10.2016 13:12
привет спроэктировав нано процессор50, мы получаем на выходе 50 био вольт энергии, и применив программу компьюторную с виртуальными повторениями персональные компьюторов с нано процессорами 50,на выходе из реального системного блока, получаем 500 000 био инфро вольт энергии с тремя полярностями,
Цитировать
 
 
0 #16 releyshic 07.09.2016 06:41
Цитата:
Ничего сложно. Нужно просто признать, что электрическую энергию переносят в основном не электроны, а электростатичес кие структуры. А. электроны это просто сменные лошадки в проводниках и постоянные d луче движущися в вакууме. Доказывает это луше всего прохождение переменного электрического тока через вакуумный конденсатор. Мною разработана "Таблица заведомоэлемент арных структур" согласно её существует электростатичес кая структура 3.0.1, которую испускают протоны и позитроны и электростатичес кая антиструктура 3.0.2, её испускают электроны. См идеологию ТЗЭС

Почему минусуют? Альтернативная теория?
Цитировать
 
 
+1 #15 Алексей 26.08.2016 14:37
И еще пример. Два автомобиля. У одного автомобиля Лады - максимальная скорость на шоссе 200 км/час
А у Мерседеса максимально-предельная скорость 310 км/час.

Мы стоим спиной к мерсу и лицом к ладе. Можем измерить Ладу прибором, но прибор на табло имеет всего 190км/ч и он покажет именно эту скорость, так как лада едет 200, а он показывает максимум 190. Мерседес мы видели издалека, и слышим как он проносится за спиной примерно в тоже время. И думаем что он движется с той же скоростью.

Но даже если направить прибор на мерс, то увидим всего 190км/ч.
Даже если мы на глаз прикинем что скорость мерса больше, то можем прибавить еще 10 км.час, как погрешность. Но всё равно не получится у нас 310км/ч.

И так уже 100 лет. Если 100 лет назад считали скорость света пределом, ведь если это не так, то придется очень много формул пересчитывать. Потому что видите ли, никому не хочется менять УСТОЯВШИЕСЯ ПОРЯДКИ.
Типа и так ПОЧТИ всё работает, ну и пусть.
Цитировать
 
 
0 #14 Алексей 26.08.2016 14:30
Цитирую ?:
Скорость света не предел получается?


Скорость света никогда и не была пределом.
Я всегда твержу всем так:
Если скорость света движется в 300 км/с (грубо) - то это значит что скорость света не может двигаться быстрее этой скорости. Но это не накладывает ограничения на все прочие частицы.

Если мы посмотрим на то как устроен мир, то увидим что все частицы, которым не влом, движутся с со скоростью света. Даже пресловутый ток в проводе движется с той же скоростью что и свет в вакууме +- пару метров погрешности.
Если все наши приборы измеряющие свет работают максимум со скоростью света (что уж точно не является таковым, ибо скорость обработки данных ниже, преодоление электронами всей цепи занимает время.) ТО, мы не можем измерить скорость ни одной частицы которая хотя-бы на 1 метр будет двигаться быстрее скорости света.
Цитировать
 
 
-1 #13 Алексей 26.08.2016 14:01
Аналогия с нефтью совершенно не убедительна.

Ибо если нефть попадает через 1 секунду на участок удаленный на километр, то это означает что как раз частицы нефти попали туда.
За счет трения и перемешивания конечно не все частицы нефти с одной скоростью будут двигаться. И понятно что часть частиц останется на месте, а часть уже переместится через 3 секунды на 3 километра, ведь через 3 секунды мы их увидим, так как они потекут из трубы.

Что касается тока - совершенно глупое объяснение.
Потому что если в городе В через 1 километр и через 1 секунду включился свет, а ведь он включился, значит носители тока все же попали в город В.
Как и в примере с нефтью заряженные частицы будут лететь с разной скоростью в разных местах проводника. Но, при этом, они через 1 секунду будут преодолевать 1 километр, хоть и не каждая отдельно взятая частица, а только часть из них.
Цитировать
 
 
0 #12 ? 11.01.2016 22:28
Скорость света не предел получается?
Цитировать
 
 
-3 #11 21.02.2013 17:40
Ничего сложно. Нужно просто признать, что электрическую энергию переносят в основном не электроны, а электростатичес кие структуры. А. электроны это просто сменные лошадки в проводниках и постоянные d луче движущися в вакууме. Доказывает это луше всего прохождение переменного электрического тока через вакуумный конденсатор. Мною разработана "Таблица заведомоэлемент арных структур" согласно её существует электростатичес кая структура 3.0.1, которую испускают протоны и позитроны и электростатичес кая антиструктура 3.0.2, её испускают электроны. См идеологию ТЗЭС
Цитировать
 
 
-2 #10 20.01.2013 11:14
Как все сложно.
Цитировать
 
 
+1 #9 19.09.2012 20:12
Не в одном учебнике нет ясного объяснения следующего момента: Возьмем например аккумуляторную батарею и к отрицательному или положительному контакту подсоединим кусок провода длинной 1000 км (цепь разомкнута). Согласно § 24 электроны будут "перетекать" или в провод или из провода в аккумулятор, в зависимости от того, к + или - мы подсоединили провод. Так будет продолжатся пока не наступит равновесие. Как уже указывалось в § 16, при равновесии зарядов напряженность поля в проводнике должна равняться нулю (т. е. электрическое поле в проводнике отсутствует). Все понятно, но кто-нибудь сможет объяснить что происходит в проводе (как двигаются электроны, через какое время наступит равновесие, какой ток протекает) и если потом около самого аккумулятора замкнуть цепь, то электроны накопившиеся в 1000 км провода тоже должны обратно стекать в замкнутую цепь (увеличивая разность потенциалов) или я ошибаюсь ?
Цитировать
 
 
-4 #8 14.09.2012 07:45
Магнитного поля не существует,как, впрочем и любого другого (гравитационног о,слабого,сильн ого и т.д.)Реальна лишь электрическая сила,а так называемая магнитная, обусловленная динамическим эффектом статистической силы Кулоном,действу ет на любой из минимум трех взаимно движущихся одиночных зарядов.
Цитировать
 
 
-7 #7 25.12.2011 12:13
какая связь между чёрной кошкой и цветами светофора жёлтым зелёным красным.
Цитировать
 
 
-11 #6 13.12.2011 09:21
Ток до нагрузки не отличается от тока после нагрузки, т.е. электроны представляют платформы, движущихся с множеством остановок по замкнутой траектории, за счёт электростатичес ких структур протонного происхо-ждения 3.0.1. Их электроны преобразуют в антиструкту-ры 3.0.2, и сбрасывают их при столкновениях с протона-ми, которые захватывает их и превращает её в структу-ры 3.0.1, приводящие в движе-ние очередные электро-ны. Точно так же анти-структуры 3.0.2 с отрицательно-го полюса источника, преобразуются протонами в стру-ктуры 3.0.1. Включение это команда, в какую сторону организовать перемещение электрической энергии по проводнику. Из элек-тростатических структур нагрузки вытабатывают энергию различных видов. Сопротивле-ния тепловую и электромагнитну ю энергии. Индуктив-ности, заставляющие электростатичес кие структуры непрерывно пересаживаться с одного электрона на дру-гой, порождают энергию в виде магнитных полей. Энер-гия из встречных потоков электростатичес ких структур.
Цитировать
 
 
-4 #5 16.04.2011 14:06
Ну, и как эта модель работает при переменном токе?
Или этот ток есть не движение зарядов?
Цитировать
 
 
-9 #4 22.02.2011 17:45
Да, написано правильно, как в учебнике.
Только не написали, как рассчитывается скорость движения электрических зарядов.
А именно через площадь поперечного сечения проводника.
Просто взяли площадь сечения и пропустили через нее заряды. В виде чего? Сплошной массы-жидкости?
А ведь основную площадь сечения проводника занимают атомы. И на прохождение частиц остается условно-приблизительная миллионная часть площади.

Через эти маленькие щели и проскакивают электроны со скоростью, близкой к световой.
А электрическое поле - близкодействующ ее. Оно никак не может обогнать заряды на сотни, тем более тысячи километров.
Да и само существование электрического поля сомнительно.

Есть процессы и воздействия. Объяснить их еще предстоит..... мне.
Цитировать
 
 
-7 #3 27.01.2011 13:50
Соглашусь с marev , так намного проще представить... да и правильнее.
Цитировать
 
 
-7 #2 24.01.2011 07:51
просто и ясно, только для завершения можно было бы добавить о том, что перемещение заряда (тока) или давления (в примере с нефтью) происходит путем толкательного движения (толчка) одной частицей соседнюю (один электрон передает энергию заряда соседу, или одна молекула нефти токает (давит) на соседнюю), ну, и после завершения "раскачки" все приходит в состояние равновесия, тоесть в исходное положени
Цитировать
 
 
-13 #1 15.10.2010 09:31
ну все понятно
Цитировать
 

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

You are here: