С какой скоростью течёт электрический ток?
Вставка
- Опубліковано 26 лис 2020
- Делаем оценку для скорости движения электронов внутри провода, по которому течёт электрический ток - и сравниваем эту скорость со скоростью распространения электрических сигналов.
Наш канал с дополнительными материалами
t.me/getaclass_channel
Новосибирский Государственный Университет
www.nsu.ru/n/
Физический факультет НГУ
Со школы знал, что электроны движутся медленно. Но вот какого-то логического обоснования, которое выводило бы это из имеющихся данных, почему-то раньше не встречал. Спасибо!
Никогда бы не подумал. Спасибо
Наконец-то кто-то подробно и понятно объяснил этот вопрос. Спасибо.
Огромное спасибо! Все интересно и понятно!
Самые позитивные уроки физики на ютюбе)
Спасибо, отличный урок.
Интересно! Спасибо за видео
Большое Вам спасибо!
Спасибо за ваши видео
Блестящий Выпуск!!!
Никогда не задумывался о скорости движения электронов, видео отличное!
А что происходит в электрической дуге? Не молнии, а обычной дуге, которая может гореть при напряжении 20-30 вольт.
Отличный ролик!
У нас в школе с физикой было плохо. Я смотрю ваши ролики и вообще ничего не понимаю. Совсем. Но всё равно смотрю.
Я знал что скорость движения электрона в проводнике незначительна, но не знал насколько - 0,1 мм/с! Однако!
Это много, учитывая размер электрона
Взял, заспойлерил)
@@user-vu2mi9wd5r вот да! Называется, ну спасибо, посмотрел!
@@hmmm1482 , а какой размер электрона ? и какой размер фотона ?
@@RobotN001 у фотона же массы нет
Спасибо за ролик. Смотрим все всместе с детьми. Смотрели недавно Ваши ролики про конденсатор в цепи переменного тока и я дополнил детям про скорость движения зарядов и тут Ваш ролик как раз на эту тему!
Очень интересно посмотреть про скорость движения зарядов в электролитах и в молнии, там тоже миллиметры в секунду или быстрее?
Большое спасибо! Я раньше считал, что скорость электронов несколько см в сек (видно ток 100А - 1см/с).
Спасибо, оригинальность традиционно ваш конек) Вроде интуитивно понятная простая вещь, однако я не видел чтобы кто-то вот так популярно за несколько минут выводил ее точное обоснование.
@@schetnikov как обоснование невысокой скорости движения - оно достаточно точное. И самое главное - оно очень простое, настолько простое, что любой школьник средних классов поймет. Если бы меня попросили подобное доказать - я бы наверн начал вводить понятия объемного заряда, куда-то его переносить и... и наверн ничего бы этим не доказал, потому как вывести скорость движения электронов в проводнике так не получится. А вы пошли простым путем - вытащили из свойств конкретного проводника концентрацию свободных электронов и из нее вывели среднюю скорость их направленного движения при заданном токе. Просто, красиво, понятно!
@@schetnikov ну и, собственно, я вообще не встречал нигде никаких доказательств, оно вроде интуитивно да, так должно быть, но доказывать как - у вас я впервые увидел.
@@and1488ify Раз уж здесь Андрей Щетников упомянул обо мне, спрошу Вас: что именно здесь доказано? В фильме построена модель, получен числовой ответ, но какая гипотеза здесь, по-Вашему, доказана?
Круто, важно знать. Я всегда так и представлял движение тока. Только представлял палку, а не вагоны. С одной стороны давишь, с другой стороны моментально движется.
Можно гидролинию представлять :)
Вот, я физичке говорил, что это как поезд, а она все про абстрактную электромагнитную волну твердила!
Никогда б не поверил, но Вам поверю.
Главное куда распространяется электрическое поле от этих электронов :)
Можно ещё рассмотреть, почему электроны в металле ведут себя как несжимаемая жидкость, а не газ.
Чёткость 👍
Читаю комментарии с не меньшим удовольствием, чем смотрю ролики! Прямо бездна открывается передо мной! Скоро можно будет и философию преподавать!🌺
Отстаёте! Тут уже вовсю юмор пошёл, а вы на философии застряли ☺️
Очень интересно! спасибо! я даже не представлял, что скорость электрона НА СТОЛЬКО мала!
Не электрона! Это важно! А электронной "жидкости". Сами электроны внутри этой жидкости могут носиться с большими скоростями во всевозможных направлениях. Хотя с точки зрения квантовой физики, понятие скорости электрона как материальной точки неприменимо.
@@akaikangaroo Спасибо, что поправили
Про конденсатор была неплохая "хайповая" тема: где хранится заряд конденсатора (с твердым диэлектриком).
Т.е. что будет если снять пластины с заряженного конденсатора, останутся - ли на нем в прилипшем виде электроны (ну как магниты по обе стороны стекла) и.т.д.
@@schetnikov да какбэ... вот по ссылке форум электриков. Люди считают что заряд конденсатора - это набежавшие в него электроны, как в банку из-под варенья. А раз они туда набежали - где-то они должны быть.
Производится опыт. Заряжается конденсатор и отключается от источника тока. Снимаем пластину. Ставим на место, подключаем конденсатор - заряд есть. Значит электроны были на диэлектрике ? :) Но другие приводят свои аргументы что на пластинах должны быть.
============
В общем искали активно электроны. Некоторые наконец нашли, но в основном тема просто заглохла. Участники споров выдохлись :)
www.electrik.org/forum/index.php?showtopic=40841&st=0
@@schetnikov я смотрел. Но для многих вопрос сей спорный все-равно. "А в воздухе или в вакууме ?" Вопрошают и по сей день сторонники теории пластин...
Поэтому и говорю: тема потенциально хайповая :)
Получается, что проводка в доме тоже конденсирует электроны на диэлектрической обмотке провода? Или это ионы? Провода, по которым течет ток притягиваются друг другу, получается они конденсируют воздух между собой? Воздух же тоже диэлектрик, если убрать пластины, то заряженный воздух останется на месте или распылится.
@@schetnikov то есть воздух распылится?
@@user-be9vc5zq7g провода притягиваются по действием протекающего по ним тока, даже в вакууме. На этом эффекте работают все электродвигатели.
Видео отличное, как и канал в целом. Но по-моему перемудрили с расчетом плотности электронов (по-сути с расчетом количества атомов Cu в 1 м3) и решали через "костыли". Ведь проще и правильнее решить через количество вещества:
1. Вычисляем массу одного кубометра меди m=P*V=8.92*10^6 г.
2. Вычисляем количество вещества m/M=(8.92*10^6) г / 64 г/моль = 0,1394*10^6 моль
3. Умножаем на число Авогадро (6.02*10^23) моль^-1 * (0,1394*10^6) моль =0,84*10^29
Ну просто охренеть. 🤔
Всё доходчиво и понятно. Ну, за исключением, толкающих друг дружку электронов :-) А, вот, про сопротивление так же просто объяснить не попробуете? Там, вроде, всё и так понятно, за исключением одной мелочи. Каков физический механизм, обеспечивающий падение напряжения вдоль тела резистора?
Ого, как медленно.... Никогда не задумывался об этом. Спасибо! Кстати, для себя стараюсь избегать слова "течет" применительно к току. "Возникает", "образуется", "создается". Это снимает несколько проблем в общении, в том числе недопонимание с формальным его направлением. Возможно, ошибаюсь.
И то верно)
Здравствуйте, коллеги! Поздновато нашел этот ролик. Но вот какой вопрос появляется. Скорости упорядоченного движения электронов в металле очень малы. Оценка их тепловых скоростей на несколько порядков больше. Сопротивление металла обусловлено столкновениями электронов с "решеткой" и связывается с их упорядоченным движением. Тогда почему джоулево тепло, возникающее при передаче электронами энергии "решетке" при столкновениях связывается только с малыми "токовыми" скоростями и не связывается с гораздо бОльшими тепловыми скоростями? Ведь это одни и те же столкновения. И речь идет не об импульсе, который взаимно скомпенсирован при тепловом движении, а речь идет об энергии, которой все равно куда направлена скорость...
С какой скоростью электроны движутся в молнии?
я не понял про переменный ток! в итоге электроны остаются на прежнем месте, если двигаются то в одну сторону - то в другую?
По сути да. Но это происходит одновременно по всей длине проводника
Правда ли, что даже при такой неспешной скорости виден эффект СТО? Мол, электроны двигаются, а значит расстояния (средние) между ними меньше, чем между покоящимися протонами. А значит, электронов видно больше (на единицу длины), чем протонов. Отсюда влияние проводника с током на покоящиется рядом заряды.
да) а униполярный генератор в разных подключениях можно объяснить не мухлюя только через ТО )
В ролике делается допущение, что внешний электрон не привязан к атому меди, не участвует в создании кристаллической решетки и может свободно болтаться между атомами внутри проводника.
Тогда что мешает этим электронам вылетать из проводника наружу и организовать ток в вакууме, при наличии напряжения на медных проводниках, разделённых вакуумным зазором?
Или если резко ударить одним концом отрезка провода о твёрдую поверхность, то электроны какое-то время будут двигаться по инерции и в момент удара в отрезке провода возникнет ток?
а если ещё сравнить со спектром тепловых скоростей электронов проводимости ?)
Когда будет возможность приблизить нашу скорость передачи и приёма интернет данных к скорости света ?
"Интимная жизнь электронов"..😄
может электронов проводимости больше на один атом ? можно ли рассеить на электронах в проводе какие-нибудь нейтроны, чтобы узнать их дрейфовую скорость напрямую ?
Похоже что электроны движутся все-же ещё медленнее!
В среднем
Мне тут опять вспомнилось это
ua-cam.com/video/pJKfpJsTD8g/v-deo.html
наверно наоборот, электроны движутся быстрее, чем посчитали тут, оказывается электронов участвующих в электрическом токе меньше, значит им нужно двигаться быстрее для переноса заряда
@@Olexsy952 , интересно. на сколько меньше ?
Сколько у вас зрение?
какое твое дело?
Скорость электронов и их концентрация очень важны в гальваника.
Объем атомов меди, содержащих 1 кулон свободных электронов это куб с ребром 0.4мм, если я правильно посчитал.
Такой кубик в секунду это один амп.
а сечение 0.4*0.4 мм ?
@@RobotN001 мы можем представить поток этого объема через любое сечение. Если 0.4 на 0.4 сечение, то 1 ампер будет течь со скоростью 0.4 мм/сек
а с чего и откудова взяли, что по проводу течёт по проводу или в нём?
4:00 подождите. я думал в карточке указана масса одного моля, а моль это число Авогадро штук атомов.
впрочем дефект массы не большой, поэтому и ваше округление + оценка сойдёт )))
рухнуло еще одно мое многолетнее заблуждение
А если учесть скин-эффект? Почему скорость становится постоянной - из-за сопротивления?
Обобществленные электроны %))) так вот почему Кржижановский с дружком мутили электрификацию %)))
Электроны двигаясь по проводнику под действием ЭДС ещё и вращаются, и скручиваются в спираль подобно жидкости стекающей в воронку.
медленно? а если сопоставить 0,1 мм с размером электрона или хотя бы атома? да это просто колоссальная скорость, учитывая плотность атомов в металлах!
Если рассуждать из пропорциональности силы тока - скорости и концентрации зарядов в проводнике, то по закону Ома с увеличением напряжения растет и сила тока, а значит, что увеличивается или концентрация, или скорость электронов. Если учесть, что напряжение - это работа по перемещению единичного заряда в электрическом поле, то увеличение работы на одном и том же участке пути определяется силой воздействия на заряд, а значит, и его ускорением, то есть конечной скоростью.
Остается все же вопрос - если проводник под достаточно высоким напряжением одномоментно с двух сторон отключить от электрической цепи, останется ли в нем остаточный повышенный заряд? То есть в процессе протекания тока по проводнику растет ли в нем не только скорость электронов, но и их концентрация?
4:25 как 8.9 * 10^3 превратились в "примерно десять в четвёртой"?
8,9 почти 10. Вот и получается.
8,9 это почти 10. 10 умножить на 10^3 это 10^4
а, ну да. Спасибо)
Для электротехников не важны, а вот какому-нибудь условному Шокли надо знать про эти эффекты всё.
Шокли ? это который про динисторы ? там какбы полупроводник, а инжекцию неосновных носителей можно оценить и экспериментально
а как в радиолампе тогда ВЧ сигналы усиливаются ? ))) расстояния там куда больше, чем 1 мкм )))
А в радиолампе обязательно знать скорость электронов, что бы понять как происходит усиление? Сетка создаёт электрическое поле, важно знать скорость распространения воздействия электрического поля.
Появилось на сетке запирающее поле, поток электронов не достиг анода, ток прекратился
А то разбираясь с радиолампой, кто его знает куда могут привести рассуждения, вдруг опять к поляризации вакуума! :)
Мы же не можем оценить плотность электронов в вакууме, что бы посчитать их скорость :)))
Интересно, а что происходит при сверхпроводимости? Для сверхпроводящих материалов таким же образом можно оценить скорость носителей зарядов? Что там может дать знание скорости зарядов в изучении природы сверхпроводимости? Мне кажется что поляризация вакуума там тоже всплывёт как не крути :)
@@Olexsy952 , куперовские пары получается в такой же концентрации /2, поэтому скорость будет наверное такая же при том же токе. когда они выскакивают в зазоре там какой-то эффект возникает, поэтому разумеется знание скорости имеет значение в изучении эффектов сверхпроводимости .
@@Olexsy952 , для проектирования лампы нужно знать. иначе частоты не будут достижимы наверное...
Есть еще один сложный и непрактичный вопрос. Во сколько раз скорость электрического сигнала все же меньше скорости света? Полагаю тут надо учесть инерцию электронов, то есть применить к ним второй закон Ньютона.
По сути, если все электроны абсолютно одинаковые, то их движением можно было бы пренебречь. Представляя, как электрон прыгает с одного конца на другой с небольшой задержкой.
Ну, при заряде конденсатора, нельзя пренебречь движением электронов. Без движения как бы они перераспределялись между обкладками? Кроме того, движущиеся электроны создают не такое поле, как неподвижные
Это только при 1 ампер🤔
Я думал, электроны чуть быстрее текут. Несколько мм/сек хотя бы
ну если побольше ток будет через тоже сечение, то будет быстрее. провод будет больше греться )
Переменный ток должен заряжать конденсатор в два раза быстрее, чем постоянный?
Почему? Переменка же маркируется как эквивалент постоянки - значит токи одного "номинала" одинаковы в пределах периода.
@@101picofarad , не совсем, если сравнивать действие переменного тока в пределах целого периода да, среднее действующее значение одинаковое для постоянного и переменного тока, но говорится о заряде конденсатора, а не о среднем токе в цепи конденсатора за время одного периода. Значит если замкнуть цепь в самом начале первой четверти периода, то конденсатор зарядится до амплитудного значения за четверть периода
@@Olexsy952 Так в лоб цеплять конденсатор к питанию я бы не стал, хотябы выпрямил переменку мостом чтобы можно было как-то выбрать. Или что подразумевается под "зарядит быстрее"?
@@101picofarad , так акцент вроде на слове "быстрее" и слове "ток", если брать понятие сила тока, то для переменного тока есть действующее значение (аналог силы теплового действия постоянки) , а есть мгновенное значение. Получается, что за время одного периода действия тока, конденсатор два раза зарядится одной полярностью и два раза другой полярностью, я это имел в виду, что это произойдёт быстрее, чем для постоянки с таким же значение тока (при измерении
переменного тока, тестер как раз показывает среднее действующее значение). А по сути это каламбур, переменка зарядит и разрядит конденсатор за один период, напряжение на нём будет равно нулю
Переменный ток не заряжает конденсатор, а постоянно его перезаряжает.
Осталось докопаться, что такое напряжение по своей сути...
А я думал напряжением это скорость электрона, ускорение
@@hmmm1482 напряжение это разность потенциалов подведеных к нагрузке. Тут глубокий вопрос из электродинамики. У меня препод такой тупой был. Так и не смог объяснить на пальцах, что такое источник тока и источник напряжения. И чем же тогда конденсатор отличается от источника тока???
Если провести аналогию между электрическим током и током жидкости, и представить ток жидкости в наклонной трубе или канале, то напряжение это разность потенциальных энергий в начале и конце участка трубы. Чем выше разность потенциальных энергий (а по сути это разность высот начала и конца трубы), тем выше скорость воды.
Упрощенно говоря, напряжение, это сила, действующая на единичный заряд (1 Кл в системе СИ), проинтегрированная вдоль какого либо пути, по которому может двигаться заряд. Точнее, имеется в виду только составляющая вектора силы вдоль пути.
Сила, действующая на заряд может состоять из 1) силы со стороны электрического поля F=qE 2) прочих (сторонних) сил. Соответственно, напряжение равно сумме разности потенциалов электрического поля на концах пути и ЭДС источника.
@@Sergei_Volodin23 в гидроаналогии напряжение - это давление.
электроны одним фронтом движутся, один электрон передает движение со скоростью почти света.
но энергия для поддержания движения идёт от генератора вне провода ))) по вектору Пойнтинга )
Чего только не узнаешь об интимной жизни электронов!🌺
Несчастные электроны в переменке, никуда не путешествуют, а только "туда сюда обратно". Как у меня дом-работа-дом-работа. Наверное у них стресс постоянный
Вот интересно... Если взять идеальный сверхпроводник заведомого малого сечения (ну скажем 0.3 мм) станет ли он стабилизатором (ограничителем) тока при огромных значениях? Т.е. в тепло у него уходить ничего не будет, и в один прекрасный момент его сечения просто не хватит что бы пропустить через себя всё нарастающий ток. Или же максимальное возможное значение силы тока в данном проводнике будет зависть от напряжения? Или вообще всё будет не так?! Ждём появления "домашних" сверхпроводников)))
@@schetnikov не просто разрушится, а оглушительно!
"Или же максимальное возможное значение силы тока в данном проводнике будет зависть от напряжения?" -- да, в любом проводнике и даже в любом диэлектрике . любая конструкция (даже с вакуумным диэлектриком) по достижении некоторого напряжения пробоя , начнёт пропускать ток тем больший, чем больше напряжение.
@@RobotN001 , видимо для сверхпроводимости ограничение - это магнитное поле, которое возникает вокруг проводника с током. При превышении определённого критического порога магнитного поля, сверхпроводимость разрушается. Получается что то вроде отрицательной обратной связи, ток в сверхпроводнике определённого сечения не может превысить определённое значение
@@Olexsy952 , да-да, и после разрушения сверхпроводимости и сам сверхпроводник разрушается из-за нагрева . не тоже самое ли произошло на адронном коллайдере ? да и обычный плавкий предохранитель также работает ))) а вот если бы в радио-лампе накал включать не на полную , то электронов будет мало, и возможно получится почти такой же ограничитель тока, который предлагал ТС ?
@@RobotN001 , вот тут посмотрите
ua-cam.com/video/xY5pY5RVIPM/v-deo.html
Может е не нужно, она же константа.
Об`ясните неучу)
ua-cam.com/video/-DRRB6wIKc4/v-deo.html&ab_channel=StarWik
И всё-таки не складывается у меня полная картина понимания.
Например, по определению, ток есть направленное движение частиц.
Если рассмотреть длинный провод (десятки километров), по которому течет переменный электрический ток, то неужели в таком проводе электроны одновременно по всей длине проводника колеблются то в одну, то в другую сторону?
Не совсем одновременно. Как сказано в ролике, информация в проводах распространяется примерно со скоростью света. В коротких проводах можно считать, что мгновенно, в длинных - нельзя
@@andreykuznetsov7442 , для расчётов передающих антенн важно знать точную скорость распространения волны. Скорость распространения волны в конкретном материале проводника бывает разная, от этого зависит правильный расчёт длинны вибратора антенны
@@Olexsy952 Не знал. Интересно. Не могли бы вы привести пример, может быть, дать ссылку?
@@andreykuznetsov7442 , пример - волновое сопротивление. Если мы говорим о свойстве материала проводника, то скорость распространения волны зависит от его электрофизических параметров (от электропроводности для неферромагнитных материалов), зависит еще от конструкции волновода, подробнее тут:
ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%BE%D0%BB%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B5_%D1%81%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5
и тут про распространение электромагнитных волн в веществе:
fn.bmstu.ru/data-physics/library/physbook/tom4/ch3/texthtml/ch3_2.htm
@@user-ml2nt1rn4j То, что провод замкнут в кольцо, не проясняет ничего по исходному вопросу "неужели в таком проводе электроны одновременно по всей длине проводника колеблются то в одну, то в другую сторону". Остается неясным и то, как зависит временная задержка между включением трансформатора и началом работы потребителя от расстояния между ними и от длины проводов между ними.
Электроны не движутся. Если электроны будут двигаться по проводам, то все они вытекут и провод останется без электронов.
@@schetnikov Машины все новые появляются. Электроны не движутся, а только передают энергию друг другу.
Возможно тема некорректна, но создаётся впечатление, что с ведущим что-то не так. Надеюсь он здоров, цел и будет продолжать радовать своих студентов и нас!
Никакие электроны никуда не движутся, иначе они бы рано или поздно закончились.
По сути, если все электроны абсолютно одинаковые, то их движением можно было бы пренебречь. Представляя, как электрон прыгает с одного конца на другой с небольшой задержкой.
Именно поэтому электрические цепи должны быть замкнутыми.
А в батарейках, аккумуляторах и конденсаторах электроны таки заканчиваются, и тогда ток прекращается.
@@schetnikov да, согласен, энергия химических связей это не то же самое, что куча электронов. Ну, а конденсаторы?
@@schetnikov ну в общем-то свободные носители при этом действительно заканчиваются, они "стекают" в химические связи и остаются там запертыми и неспособными никуда больше двигаться. Так что грубо такая аналогия тоже верна)
@@TalgatSalykov , с чего бы прыгает ? это вселенная такова, что один электрон имеет множество проекций по разным координатам )
Сплошные не состыковки. Во первых электрон является отрицательно заряженным. Второе, он является частицей атома, как куда он движется без атома? И в третьих, что такое Электричество? Дайте четкое определение электричеству, а не его свойства. И в четвертых, электричество это ВАЖНО, а не неважно. Вся вселенная пронизана им. Это как обезьяна в цирке, как ездить на автомобиле научили, а для чего он нужен и каким образом он движется она не знает. Грош цена её умению.
Научно доказанной теории, как протекает электрический ток - НЕТ .
Ссссерьезно. Открой кванты. Почитай.
Название видео ввело в заблуждение. Хотел узнать скорость тока, начали втулять как его вычислять. Не интересно
да-да, недостаточно экспериментально, да ?
@@RobotN001 Мало формул