Przepływ elektronów w drucie

Elektryczność to „przepływ elektronów”. Moje dziecko zapytało mnie, czy tak jest, a ostatecznie drut miedziany powinien zniknąć / zniknąć / zakończyć, ponieważ materia przemieszcza się z jednego miejsca do drugiego. Nie jestem inżynierem elektrykiem, co mam mu powiedzieć?

current wire electron

— Hamayun Ali Shah
źródło

Prawdopodobnie istotne: amasci.com/miscon/elect.html

— ntoskrnl

Czy rzeka znika, ponieważ woda przepływa z jednego miejsca do drugiego?

Wydaje mi się, że dla dziecka jest to trochę za mało i trochę abstrakcyjnie, a potem masz więcej zamieszania, ponieważ rzeki „znikają” - kończą w morzu, parują w powietrzu i spadają gdzieś jak deszcz. Słaba analogia do przepływu ładunku.

— JIm Dearden,

Nie uważam tego za złą analogię - obieg wody jest podobny do obiegu zamkniętego. Elektrony pochodzą z baterii, przechodzą przez drut i wracają do baterii.

— MSalters

Muzyczne krzesła. Ludzie (elektrony) i krzesła (atomy miedzi) nigdy nie znikają, po prostu przesuwają siedzenie. Jeśli nikogo nie ma na krzesłach, drut jest rozładowany, a jeśli ludzie siedzą na kolanach innych ludzi, drut jest naładowany (ujemnie). Ale drut nigdy nie znika. Ruch elektronów obejmuje tylko kilka atomów miedzi i wiele elektronów. To ruch, który można wykorzystać jako pracę. Same atomy pozostają na miejscu.

— Adam Davis,

Odpowiedzi:

W metalu takim jak miedź niektóre elektrony nie są związane z poszczególnymi atomami. Jeśli napięcie zostanie przyłożone do drutu miedzianego, wolne elektrony przepływają od jednego atomu do drugiego. Ten przepływ elektronów jest prądem elektrycznym, ale same atomy miedzi nie poruszają się, więc drut miedziany nie znika. Oczywiście źródło napięcia musi dostarczać dodatkowe elektrony, aby przepływ mógł być kontynuowany.

Jako analogię pomyśl o wodospadzie - prąd elektryczny przypomina spadające cząsteczki wody, a cząsteczki wody opadają pod wpływem grawitacji (analogicznej do napięcia). Wodospad musi być zaopatrzony w więcej cząsteczek wody, aby mógł nadal istnieć, ale koryto rzeki, przez które przepływają cząsteczki wody (analogicznie do atomów miedzi), nie porusza się ani nie znika.

— Zero
źródło

+1; właściwie to jest prawidłowa odpowiedź - nie wchodzisz w zbędne szczegóły, a tym samym nie pozostawiasz miejsca na dodatkowe komplikacje w wyjaśnieniu, uderzając młotkiem w gwóźdź; Szczególnie podoba mi się analogia wodospadu, ponieważ woda z wodospadu wraca do źródła ( en.wikipedia.org/wiki/Water_cycle ), dzięki czemu ta analogia jest dość kompletna i genialna.

Aby się trochę zanurzyć, same elektrony nie poruszają się z prędkością światła przez materiał. Ich pozycja jest probabilistyczna, ale ogólnie poruszają się z prędkością dryfu elektronu materiału, która jest w rzeczywistości dość powolna. Sygnały elektryczne przez drut to pole elektryczne przemieszczające się przez materiał.

— Rosa Richter

Aby dodać kolejne 2 centy i raczej uproszczone zrozumienie, często łatwiej jest mi wizualizować przepływ prądu przez drut jako rurkę z marmuru (małe szklane kulki, jeśli to nie przekłada się dobrze).

Drut ma już w sobie elektrony, więc nasza tuba jest pełna marmurów. Podając napięcie ( siłę elektromotoryczną ), możesz wepchnąć nowy marmur. Kiedy to zrobisz, wyskoczy marmur. Weź ten, który wyskoczył, i wepchnij go na drugi koniec. W prawdziwym obwodzie nie ma końcówek do wpychania i wychodzenia elektronów, ale przepływa dookoła (więc nasza tuba byłaby połączona ze sobą na obu końcach).

W elektronice nie tworzymy ani nie niszczymy, nie dodajemy ani nie usuwamy elektronów * - już tam są. Wszystko, co robimy, to popychać ich do przodu. Ważne jest również, aby zrozumieć, że to nie jest jeden elektron, który można przepchnąć, to przepływ. Naciskasz jeden koniec, a drugi koniec porusza się. Pchanie elektronów na jednym końcu nie oznacza, że ten sam popycha elektronów na drugim końcu, tak jak pchanie marmurów inny wychodzi z końca.

W miarę zagłębiania się coraz bardziej w dół możesz zacząć doceniać dziury, nośniki i elektrony skaczące w górę i w dół poziomy energii; ale to uproszczone terminy, wyobraź sobie tylko pchanie kulek w tubie.

* Tak, prawdopodobnie są wyjątki, ale nie są one istotne.

— Oliver
źródło

Najprostszą odpowiedzią, jaką możesz udzielić, jest to, że dla każdego elektronu, który wychodzi z jednego końca drutu, inny elektron jest „wpychany” na drugi koniec drutu. Dlatego, mimo że istnieje „przepływ” elektronów, drut nie traci żadnych elektronów (bez straty netto)!

— Guill
źródło