Физика 8 класс. §34 Электрический ток в металлах

Электрический ток в металлах - это упорядоченное движение электронов. Атомы в металлах жестко закреплены в кристаллической решётке, и перемещаться могут только лёгкие электроны.
Строение металла – это всегда кристаллическая решётка, атомы которой прочно связаны друг с другом. Они могут колебаться, но своего места не покидают.
Единственное, что может перемещаться в металле – это маленькие лёгкие электроны.
Ядро атома металла не очень хорошо удерживает электроны, вращающиеся по внешним орбитам, поэтому они совершают хаотичные переходы между соседними атомами.
Заставить электроны двигаться в одном направлении можно двумя путями: либо создать на концах цепи избыток или недостаток электронов, либо приложить электрическое поле.
Если на одном конце проводника создаётся избыток электронов, в этом месте возникает отрицательный заряд, значит на другом конце, заряд относительно него будет положительным. В результате, электроны вышедшие их других мест устремляются туда где заряд положительный – т.к. разноимённые заряды притягиваются.
Либо можно создать магнитное поле вокруг проводника – и под его воздействием электроны также будут уходить в одну сторону.
В свободном состоянии скорость электрона близка к скорости света – 300 000 км/секунду. Однако, электрон перемещается с в металле, где есть другие атомы, которые совершают колебания и препятствуют своим притяжением движению электрона, а кроме того часть энергии электрона теряется на преодоление воздействия колебаний атомов мимо которых он летит. В электротехнике говорят что ток испытывает сопротивление.
Чем больше температура- тем больше колебания, тем больше сопротивление. Чем ниже температура – тем меньше колебаний, тем сопротивление ниже.
Электроны в реальном проводнике движутся не так быстро, как могли бы. Эффект водопровода: когда напор воды на напорной башне выталкивает поток воды во всей трубе.
А в реальной электрической цепи, электроны и вовсе не идут далеко, потому что в мы пользуемся переменным током – 50 раз в секунду электроны меняют направление движения.

[alexivch]

Создать магнитное поле вокруг проводника недостаточно, чтобы в проводнике возникли силы, действующие на свободные заряды в проводнике, которые могут привести к возникновению электрического тока (для этого надо еще чтобы концы проводника были замкнуты). Необходимо чтобы это магнитное поле менялось (как в трансформаторе), либо чтобы проводник двигался в постоянном магнитном поле (как в электрогенераторе). Причем двигался не как попало, а поперёк или, хотя бы, под углом к линиям магнитной индукции (их называют иногда неправильно магнитными силовыми линиями). Если проводник покоится или движется вдоль линий магнитной индукции, то электрический ток в проводнике не возникнет.

[alexivch]

Собственно говоря способ заставить двигаться свободные заряды в проводнике только один - создать в нём электрическое поле. При создании избытка и недостатка электронов на концах проводника в проводнике возникает электрическое поле, в котором свободные заряды приходят в упорядоченное движение. Избыток и недостаток электронов создаёт источник тока на своих полюсах, к которым подключаются проводники внешней цепи. В источнике свободные заряды двигаются сторонними силами, которые и создают избыток и недостаток электронов на полюсах источника, в результате между разноимённо заряженными полюсами возникает электрическое поле как внутри источника, так и в проводниках внешней цепи, но внутри источника движение зарядов происходит против сил электрического поля, а вне источника, где сторонние силы уже не действуют, движение зарядов продолжается под действием созданного сторонними силами электрического поля в результате разделения зарядов между полюсами источника. Природа сторонних сил в источниках тока при изучении электрических цепей подробно не рассматривается. Она изучается в других разделах физики и химии.

[alexivch]

Со скоростью света может двигаться только свет в вакууме (или электромагнитное излучение другого диапазона - радиоволны, рентгеновское излучение и т.д.), а также, вроде бы, нейтрино, но это не точно, так как современная физика не может уверенно ответить на вопрос о массе нейтрино и скорости его движения. Ясно только, что масса примерно в 50000 раз меньше массы электрона, а скорость *почти* равна световой. Но эти данные на грани возможности современной экспериментальной физики. Что касается свободных электронов в проводнике, то средняя скорость их теплового движения зависит от температуры проводника, как и скорость атомов, молекул, ионов. Конечно она много выше чем у атомов и ионов, потому что масса электронов много меньше, а средняя кинетическая энергия про данной температуре должна быть такая же, как у атомов и ионов. Скорость движения совсем свободных электронов (например в вакууме) зависит от того, как они в вакуум попали и в каком поле находятся. Электроны в вакуум могут попасть из проводника при его достаточно сильном нагревании (это называется термоэлектронная эмиссия, которая применяется в электровакуумных приборах). Ну а управляют потоком электронов в этих приборах с помощью электрических и магнитных полей. Причем электрическое поле может ускорить или замедлить электроны и изменить их направление движения (то есть влияет на направление и на модуль скорости), а магнитное поле на модуль скорости не влияет, а меняет только её направление.
В проводнике электрическое поле влияет на дрейфовую скорость электронов (скорость упорядоченного движения), которая составляет миллиметры и даже доли миллиметра в секунду и зависит от напряженности электрического поля в проводнике. Упорядоченное движение электронов в проводнике совершается на фоне теплового движения электронов (подобно движению пчёл, в летящем пчелином рое, или подобно движению отдельных мошек в стае мошкары, погоняемой ветерком в тёплый летний вечер).

[Катя-дйщ]

спасибо большое. Теперь всё понятно)
😁😍

[Sviatoy]

рассказал всё что нужно и по теме, спасибо:)