---

Dzień dobry!

Po moim ostatnim artykule zatytułowanym ,,Dlaczego N’ka nie kopie? (i czemu nie warto w to wierzyć)” otrzymałem szereg pytań na temat tego dlaczego elektrony nie uciekają uziemieniem do gruntu. Bynajmniej nie jest to pytanie głupie, bo… no właśnie, czemu tego nie robią? Krótkie odpowiedzi nie są w moim stylu, dlatego zapraszam na drobiazgową, psychologiczno-filozoficzną analizę zachowania elektronów w obwodzie.

Dzisiejszy artykuł powstał dzięki wsparciu Patronów na Patronite.

Dziękuję za Wasz wkład!

Dokąd nocą tupta elektron

Zacznijmy od zarysowania problemu. Mamy źródło, przewód i jakąś żarówkę.

Obwód jest zamknięty, brakuje rozgałęzień, więc naturalnym dla nas jest, że elektrony płyną sobie dookoła. Kierunek ich przepływu, a także to czy mamy do czynienia z prądem stałym, czy zmiennym, nie ma absolutnie żadnego znaczenia. Dlaczego? Bo żarówka to żarówka – świeci dopóki płynie przez nią prąd. Nie dba ona o to w którą stronę akurat podążają elektrony i jak często zawracają. A teraz doczepiamy do naszego układu uziemienie.

Gdyby prąd był jak woda, to jasne jest, że taki uziom zadziałałby jak odpływ i po chwili po naszym płynie nie byłoby śladu. Dlatego właśnie z tego typu porównaniami trzeba uważać. Owszem, analogia wodna jest niezwykle pomocna przy objaśnianiu Prawa Ohma i Praw Kirchhoffa, ale tutaj może nas doprowadzić do błędnych wniosków. Wszystko dlatego, że elektrony nie mają tyle swobody co woda i nie mogą płynąć tam gdzie chcą.

Czy elektrony faktycznie są takie ,,wolne”?

W wielu moich artykułach możesz znaleźć frazę wolne elektrony albo morze wolnych elektronów. Często mówi się też o tzw. elektronach swobodnych, aczkolwiek jest to trochę szersze pojęcie. Do rzeczy. Każdy atom, jak doskonale wiesz, posiada pewną liczbę elektronów. Wodór ma 1 elektron, miedź ma 29, a ołów 82. Bez elektronów atom nie może istnieć, bowiem cząstki te, obdarzone ładunkiem ujemnym, stanowią równowagę dla dodatnio naładowanego jądra atomowego. Na przykład miedź ma 29 dodatnio naładowanych protonów w jądrze, wokół którego znajduje się 29 negatywnie naładowanych elektronów. Prosta matematyka.

Drobna uwaga:

Powyższy model atomu (przypominający układ słoneczny) jest jedynie wizualizacją rozmieszczenia elektronów na poszczególnych powłokach. Nie odzwierciedla on ani falowej natury cząstek elementarnych, ani rzeczywistych trajektorii, po jakich się poruszają. Wizualizacja ta jest jednak zupełnie wystarczająca do zrozumienia podstawowych zjawisk elektrycznych.

Jak atomy utrzymują tę równowagę? Dlaczego ot tak nie gubią atomów? Wynika to z praw fizyki. Prosty przykład: jeśli założymy, że dodatni proton ma ładunek równy +1, a ujemny elektron ma -1, to bilans zrównoważonego atomu miedzi wynosi: +29 – 29 = 0. Gdyby jeden elektron uciekł, wówczas bilans ten wyniósłby: +29 – 28 = +1. Ubierając matematykę w słowa, atom stałby się wówczas dodatnio naładowany.

Podstawowa zasada dotycząca ładunków elektrycznych jest taka, że dwa przeciwne ładunki elektryczne będą się zawsze przyciągać. Stąd, między wybrakowanym atomem (+1), a uciekającym elektronem (-1) zupełnie naturalnie powstaje siła przyciągająca dezertera z powrotem. Jest to w pełni automatyczny proces, który w praktyce nie pozwala elektronom za bardzo się oddalać.

Biznes rządzi się jednak swoimi prawami i gdy dochodzi do spotkania większej liczby atomów, elektrony stają się ich podstawową walutą. Są one wymieniane, udostępniane, lub oddawane w zamian za określone korzyści (np. stworzenie związku chemicznego). Zawsze jest to jednak bardzo wyrachowana transakcja i nie ma tutaj mowy o jakiejkolwiek wolności elektronów.

Swobodne struktury

Skoro atomy tak pilnują swoich elektronów, to gdzie to całe morze wolnych cząstek możemy znaleźć? Odpowiedź brzmi: w strukturach krystalicznych.

Czym jest struktura? Ot rozległą (i zwykle trójwymiarową) siecią połączonych ze sobą atomów. Czy w każdej strukturze znajdują się wolne elektrony? Jasne, że nie. To by było zbyt proste. Tak naprawdę w większości z nich elektrony są sztywno ulokowane i o jakiejkolwiek swobodzie nie ma mowy. Wyjątek stanowią np. struktury metali, które mają nieco luźniejsze podejście do takich spraw.

Niech za przykład ponownie posłuży miedź. Jak już wspomniałem, atom miedzi ma 29 elektronów, ale nas w kontekście wolności interesuje tylko ten ostatni. Należy on do grupy tzw. elektronów walencyjnych. Żeby nie wchodzić przesadnie w chemiczne szczegóły: elektrony walencyjne to te najbardziej oddalone od jądra atomowego.

Tak się składa, że atomom miedzi do trwałego połączenia się ze sobą (czyli stworzenia struktury) wystarczy 28 elektronów. Ten ostatni nie ma w niej jakiegoś szczególnego znaczenia, dzięki czemu zyskuje nieco więcej swobody niż jego koledzy. Innymi słowy staje się wolnym elektronem. Czy taki elektron może sobie teraz po prostu opuścić swój atom i rozpocząć nowe życie? I tak, i nie.

Zacznijmy od tego, że mówimy teraz o strukturze, czyli np. milionie połączonych ze sobą atomów miedzi, które nadają milionowi elektronów status ,,wolnych”. Skłamałbym mówiąc, że liczby atomów i elektronów w strukturze są przez cały czas sobie równe. Wiadomo jak to jest w życiu: a to wiatr zawieje, a to coś uderzy w strukturę, porwie kilka elektronów i poleci dalej. Na szczęście działa to też w drugą stronę i za sprawą tych samych zderzeń miedź może odzyskiwać elektrony. Liczba elektronów w strukturze podlega zatem pewnym wahaniom, ale nie są też jakieś kolosalne. Nigdy nie będzie na przykład tak, że przy milionie atomów, sto tysięcy wolnych elektronów ogłosi niepodległość i gdzieś sobie pójdzie. Przy tak masowej ucieczce z urzędu pojawiłaby się ogromna siła Coulomba, która natychmiast udaremniła by takie zapędy.

No dobrze, zakładamy zatem, że liczba atomów w strukturze jest mniej więcej równa liczbie elektronów i cząstki te generalnie nie mogą uciec. Co w takim razie daje elektronom ta cała wolność? Zacznijmy od czegoś prostego: mając dwa połączone ze sobą atomy miedzi, możemy na przykład zamienić ich wolne elektrony miejscami.

Niby nic, a jednak cieszy. Atomy to wbrew pozorom bardzo tolerancyjne jednostki. Nie obchodzi ich życiorys fruwających dookoła elektronów. Dopóki ich liczba się zgadza, dopóty atom nie będzie protestował przed taką podmianą. Jasne, zamiana miejscami dwóch elektronów walencyjnych nie jest może nad wyraz przydatna, ale odnotujmy fakt: my wywołaliśmy ruch ładunku elektrycznego, a miedź nam w tym nie przeszkodziła.

I to właśnie ten z pozoru drobny fakt pozwala nam transportować energię elektryczną na ogromne odległości. Jak to działa? Zacznijmy od tego, że potrzebujemy nie dwóch, a całego łańcucha połączonych ze sobą atomów. Żeby wszystko było czytelne, uprośćmy nieco rysunek. Zamieńmy 28 niebiorących udziału w zabawie elektronów w ,,szarą chmurę”, a te, które są wolne, nieco powiększmy. Uprośćmy też jądro atomowe do postaci pomarańczowego kółka i tak oto otrzymujemy łańcuszek 8 jajek sadzonych, posiadających po jednym elektronie.

Możemy oczywiście, tak jak wcześniej, zamienić miejscami dwa elektrony dowolnych, sąsiadujących ze sobą atomów, ale możemy też zrobić coś bardziej epickiego. W tym celu wykorzystamy inną podstawową zasadę dotyczącą ładunków, mianowicie że dwa takie same ładunki będą się zawsze odpychać. Mówiąc prościej: elektrony po prostu się nie lubią. Zbliżając jedną taką cząstkę do drugiej, ta druga będzie nam uciekać. Jak to działa w ruchu pokażę na końcu. Najpierw jednak zobaczmy jakby to wyglądało w sytuacji, gdyby elektrony mogły poruszać się tylko ,,jeden po drugim”. Zaczynamy!

Jak elektrony wędrują po obwodzie?

Cała nasza praca polega na schwytaniu jednego z elektronów i przesunięciu go do sąsiedniego atomu. Oto jak cały układ reaguje na takie działanie:

Tam skąd elektron zabraliśmy, pojawia się dodatnio naładowana czerwona strefa (bo tamten atom stracił właśnie jeden elektron, a więc jego bilans ładunku wynosi +29 – 28 = +1). W miejscu zaś, do którego nasz elektron przyprowadziliśmy, mamy teraz kolor niebieski, czyli strefę ładunku ujemnego (bo ten atom ma teraz o jeden elektron za dużo, a więc jego bilans to +29 – 30 = -1).

Tym samym doprowadziliśmy do powstania różnicy ładunków elektrycznych, Różnica ta natychmiast wywołuje do tablicy siłę Coulomba. Atom, który jest dodatni zaczyna delikatnie przyciągać (bo chce uzupełnić braki). Z drugiej strony, tam gdzie ładunek jest ujemny, dojdzie do wypchnięcia jednego z elektronów. Aby nasza praca nie poszła na marne i nasz elektron nie wrócił przypadkiem z powrotem, przytrzymujemy go miejscu. Dzięki temu będziemy mieć pewność, że wypchnięty zostanie ten drugi. W takim układzie, po chwili elektrony przemieszczą się w ten sposób:

Obie strefy, czerwona i niebieska, trochę nam się przesunęły, ale zasadniczo sytuacja w obwodzie się nie zmieniła: gdzieś brakuje elektronu, a gdzieś jest o jedną cząstkę za dużo. Stąd cykl wypychania i przyciągania się powtórzy: do strefy dodatniej trafi kolejny elektron, a u góry następny zostanie wypchnięty. Po dwóch takich cyklach dochodzimy do ostatniego kroku naszej reakcji łańcuchowej:

W tym momencie ostatni elektron zostaje wypchnięty i trafia wprost do strefy dodatniej. Tym samym ładunek wszystkich atomów się wyrównuje, reakcja łańcuchowa się zatrzymuje, a my wracamy do punktu wyjścia. Oczywiście nie nie stoi na przeszkodzie by rozpocząć całą tę zabawę od nowa, a później znowu i znowu. Wystarczy wyłapywać nadlatujące elektrony i ,,przerzucać” je dalej. W pełnej prędkości, gdy wszystkie cząstki poruszają się jednocześnie, wygląda to mniej więcej tak:

Przesuwanie całego łańcucha elektronów za pomocą oddziaływania na jedną tylko cząstkę to idealny sposób na przesyłanie informacji. My stoimy na jednym końcu łańcucha i poruszamy elektronami. Na drugim końcu każemy komuś obserwować obwód i wykonać jakieś zadanie, gdy tylko dostrzeże ruch.

Ale to nie wszystko! Jako że z jednej strony napędzamy cząstki kołowrotkiem, to co stoi na przeszkodzie, by zamontować drugi kołowrotek po drugiej stronie? Jego siłą napędową byłyby uderzające w niego elektrony. W ten sposób pracę wykonaną na jednym końcu łańcucha moglibyśmy przekazać na drugi koniec. Na podobnej zasadzie działa rower: za pomocą łańcucha przekazujemy siłę napędową z zębatki przy pedałach, do zębatki tylnego koła. Jak widać elektryczność można przyrównać nawet do kolarstwa, jeśli się bardzo chce.

Energia skuta łańcuchem

Sztuczka z przerzucaniem kolejnych elektronów działa, bo dzięki sile Coulomba kolejne elektrony same podlatują pod nasz kołowrotek. Gdyby tak nie było, gdyby po wystrzeleniu pierwszego elektronu kolejny się nie pojawił, to cała reakcja natychmiast by się zatrzymała. Dlatego moim zdaniem najlepszą analogią dla zrozumienia dzisiejszego problemu jest analogia łańcucha – tym razem nie rowerowego, a takiego zwykłego.

Z jednej strony elektrony, niczym pojedyncze ogniwa, mają odrobinę swobody. Z drugiej zaś wszystkie są ze sobą połączone i ruch jednego ogniwa wywołuje ruch kolejnych. Dzięki temu, że za każdym ,,przepchniętym” ogniwem pojawia się kolejne, my możemy podtrzymać całą reakcję i wszystko kręci się dalej. Zupełnie jak w przypadku kołowrotka i elektronów.

Podsumujmy krótko:

• Elektron może opuścić atom miedzi tylko wtedy, gdy na jego miejsce pojawi się kolejny.
• Jeśli elektrony nie będą uzupełniać się nawzajem, przepływ prądu nie może być podtrzymany.
• W zamkniętym obwodzie wzajemne przesuwanie się ,,elektronowego łańcucha” jest procesem zupełnie naturalnym, wynikającym z działania Prawa Coulomba

Czy już wiesz dlaczego elektrony nie uciekają ot tak uziemieniem? Dlaczego nie mają absolutnie żadnego powodu, by to robić? Jeśli nie, bez obaw. Jestem przygotowany na więcej! W dalszej części artykułu prześledzimy cały proces przepływu elektronów w obwodzie posiadającym uziemienie. Krok po kroku rzecz jasna.

Zaczniemy od zbudowania obwodu. Co jest jego podstawą? Miedziane przewody oczywiście! W tym wypadku będą dwa: z pierwszego zrobimy pętlę (czyli nasz obwód), a za pomocą drugiego połączymy wszystko z ziemią. Oba przewody wykonane są z miedzi, więc znajduje się w nich jeden wolny elektron na każdy atom tego pierwiastka. Pozwolę sobie nie rysować już pojedynczych atomów miedzi, zostawiając jedynie interesujące nas wolne elektrony (odpowiednio powiększone rzecz jasna). Aha i nie zapominajmy o ziemi! Nie jest ona może czystym metalem, ale w jej składzie wolnych elektronów również nie brakuje!

Jak widać, w naszym obwodzie nie ma jeszcze żadnego źródła energii, a więc nie ma też żadnej siły popychającej elektrony w konkretnym kierunku. Same cząstki są teraz rozłożone równomiernie, a więc znajdują się w stanie jako takiej równowagi. Napisałem ,,jako takiej”, bo oczywiście elektrony zawsze mniej lub bardziej się poruszają, czy choćby drgają. Mimo to ich wycieczki są raczej chaotyczne i niezbyt dalekie, stąd nie ma się co nimi przejmować.

Teraz dodajmy rzecz, która zaburzy ten status quo, mianowicie źródło napięcia.

Moje źródło jest akurat źródłem napięcia przemiennego. Innymi słowy jest to taki kołowrotek, który raz pcha elektrony w jedną, raz w drugą stronę. My rozpatrzymy tutaj tylko jeden z tych kierunków. Mam nadzieję, że na koniec dostrzeżesz, iż kierunek i tak nie ma znaczenia.

Załóżmy zatem, że nasze źródło pcha pierwszy elektron w dół. Zróbmy zbliżenie i zajrzyjmy do środka:

Widzimy tutaj ostatni moment, w którym wszystko jest w równowadze. Za ułamek ułamka sekundy wirnik uderzy w elektron i zacznie go pchać w dół. Co się wtedy wydarzy? Wcześniej, gdy rozprawiałem o łańcuchu 8 atomów miedzi, pokazywałem najpierw ruch, a potem opisywałem jak to wpływa na rozkład ładunku i siłę Coulomba. W rzeczywistości siła Coulomba nie czeka aż jeden elektron się przemieści, by uderzyć w kolejny. Siła ta działa cały czas.

Oznacza to, że gdy tylko pierwszy elektron w obwodzie choćby drgnie, a więc pokona pierwszy pikometr, femtometr czy inną długość Plancka, to już równowaga ładunku zostanie zaburzona. Wszystko przez to, że przed nim zrobi się odrobinkę ciaśniej, a za nim odrobinkę luźniej. I choć będą to bardzo małe różnice, to wystarczy, by powstała za ich sprawą siła Coulomba dała innym elektronom znać, że coś się dzieje. Ale po kolei: zacznijmy może analizę od tego co dzieje się z przodu, przed pierwszym poruszonym elektronem.

Im bliżej siebie są elektrony, tym silniej się odpychają, to już wiemy. Oczywistym zatem jest, że skoro nasz elektron nieco przysunął się do sąsiada, to zaczyna go odrobinkę mocniej odpychać. Obszar ten nazwijmy obszarem odpychania i oznaczmy kolorem niebieskim. Na rysunku to przesunięcie cząstki jest oczywiście wyolbrzymione, ale chciałem, żeby było wszystko dobrze widać. W rzeczywistości, jak mówiłem, obszar niebieski pojawia się zaraz po tym gdy elektron choćby drgnie. A jak to jest z drugiej strony?

Nad elektronem sytuacja to niemal lustrzane odbicie. Skoro pod elektronem zrobiło się ciaśniej, to siłą rzeczy nad nim musiało się zrobić trochę luźniej. Tam też siła z jaką odpycha sąsiada nad sobą robi się mniejsza, co możemy oznaczyć sobie kolorem czerwonym.

I tak to się zaczyna. Elektrony z przodu zaczynają kolejno podrygiwać i odpychać siebie nawzajem. U góry z kolei, z racji większej ilości miejsca, siła Coulomba przysuwa kolejne elektrony ciut bliżej (możemy powiedzieć, że czerwony obszar niejako je zasysa). Zaznaczam ponownie: żadna cząstka na dobre jeszcze się nie ruszyła. Rozpatrujemy tutaj bardzo krótką chwilę od uruchomienia źródła, a więc sam początek tego ruchu. Jest to raczej proces, w którym kolejne elektrony delikatnie nachylają się w jedną stronę i niejako przesyłają kolejnym wiadomość: dołem biegnie informacja ,,zaczynamy się odsuwać!”, zaś górą ,,dajemy trochę do przodu!”. A skoro wystarczy choćby drgnięcie elektronu, by kolega obok poczuł różnicę, to jak sądzisz, ile czasu zajmie, by obie wysłane informacje okrążyły cały obwód?

Odpowiedź niesie ze sobą kij do gry w bilard. Kij taki ma około 1,5 m długości i wydaje się dość jednorodnym obiektem. To znaczy, że jeśli pchniemy jeden koniec kija, to cały kij natychmiast się przesunie – niczym zwarte, sztywne ciało. Prawda jest jednak inna. W rzeczywistości bowiem działa tutaj bardzo podobna zasada do tej z obwodu: my popychamy cząstki znajdujące się w jednym końcu kija, te popychają kolejne i dopiero po chwili cała ,,fala popychająca” trafia na drugi koniec. Przez kij przetacza się więc swego rodzaju fala mechaniczna, której prędkość równa jest prędkości dźwięku. Dla naszych powolnych zmysłów jest to prędkość zbyt duża, przez co wydaje nam się, że kij jest jedną, idealnie sztywną całością.

Prędkość dźwięku w drewnie to około 4800 m/s. W obwodzie elektrycznym sytuacja różni się o tyle, że tam nie musi dojść do fizycznego zderzenia cząstek, by została przekazana informacja. Elektrony to cząstki otoczone rozległym polem elektrycznym i to one są ich podstawowym ,,środkiem komunikacji”. W tym wypadku mówimy więc nie o fali mechanicznej, a elektromagnetycznej. Nie o prędkości dźwięku, a o prędkości światła – nie o 4800 m/s, a o 270 000 km/s (dla miedzi).

Fale elektromagnetyczne

Dzięki tak gigantycznej prędkości, nasze dwie informacje (pchająca i zasysająca) w postaci fal elektromagnetycznych, rozlewają się po całym obwodzie na długo nim jakikolwiek elektron zdąży się istotnie przemieścić. Ale powoli! Jeszcze zanim puścimy nasze dwie fale samopas, wypadałoby zatrzymać czas w pewnym dość nieoczywistym miejscu. Jak myślisz, co dzieje się z falą w punkcie rozwidlenia?

Akurat w naszym przypadku to fala niebieska ma bliżej, więc dociera do tego miejsca jako pierwsza. No i teraz mamy zagadkę: w którą stronę fala podąży? Pamiętajmy: nie zastanawiamy się tutaj, w którą stronę popłynie elektron, bo on jeszcze praktycznie się nie porusza. To się okaże za moment. Jesteśmy dopiero chwilę po włączeniu źródła i obie fale wytyczają dopiero drogę którą cząstki podążą. Więc jak, w dół czy w prawo?

Gdyby fala była jak woda, to oczywiście grawitacja ciągnęłaby ją dalej w dół. Ale fala nie ma masy. Jest ona jedynie reprezentacją siły odpychania jaką kolejne elektrony wywierają na siebie. Skoro tak, to elektron znajdujący się tuż przed rozgałęzieniem powinien odpychać zarówno elektron poniżej, jak i elektron po prawej. I tak rzeczywiście będzie – fala rozpłynie się w dwóch kierunkach. Gdyby tak się nie działo, to obwody równoległe nie mogłyby działać.

Żeby jednak nie komplikować, a jednocześnie pokazać pewną ważną rzecz, zróbmy małe zamieszanie. Wstawmy po prawej stronie włącznik, tak by fala miała tylko jedną drogę do wyboru. Oto jak to będzie wyglądać:

Niebieska fala podążyła w dół. Czerwona dotarła do włącznika i musiała się zatrzymać. Owszem, fale potrafią podróżować w powietrzu, co odkryliśmy przeszło 300 lat temu i nazwaliśmy zjawiskiem indukcji elektrycznej. Prawdą jest jednak też to, że są w nim dużo słabsze, więc możemy na razie pominąć ten wątek. Koniec końców mamy sytuację w której obie fale całkowicie się rozpropagowały, ale z powodu wyłącznika się nie spotkały. Czy to źle? Zobaczymy. Skoro wszystko jako tako się ustaliło, to możemy teraz przyspieszyć nieco upływ czas i pozwolić wreszcie cząstkom się poruszyć. Ale po kolei! Zaczniemy od fali niebieskiej: wszystkie cząstki, które znajdują się w jej obszarze, zostaną wypchnięte, a więc przesuną się nieco w dół:

Zgadza się? A no chyba się zgadza. Teraz fala czerwona, w której dojdzie de facto do takiego samego przesunięcia:

Mamy to, elektrony się poruszyły! Technicznie rzecz biorąc, w tym momencie wytworzyliśmy prąd, prawda?. No nie do końca… Póki co to był tylko baaardzo krótki impuls prądowy, wręcz niewykrywalny przez jakiekolwiek urządzenia pomiarowe. Aby prąd mógł faktycznie coś dla nas zrobić, wykonać jakąś pracę, musi płynąć znacznie dłużej. Wzór na pracę (czyli przekazaną energię elektryczną) to w końcu W = U ⋅ I ⋅ t. Jeśli czas czas jest bliski zera to i praca jest praktycznie żadna.

Co więc dzieje się z elektronami dalej? Tutaj muszę Cię niestety zmartwić, bo w naszym układzie prąd dalej nie popłynie. Dlaczego? Spójrz na miejsce, które pokazuje zielona strzałka:

W tym punkcie elektron został odciągnięty w prawo. To znaczy, że oddalił się od swojego atomu miedzi. A co mówiłem w poprzedniej części artykułu? Elektron może przejść z jednego atomu do kolejnego tylko wtedy, gdy na jego miejsce pojawi się inny elektron. Bilans ładunku musi zostać wyrównany, inaczej miedź będzie protestować. Tutaj nie ma możliwości uzupełnienia brakującego elektronu, bo jest przerwa w obwodzie w postaci wyłącznika. Ładunek nie został więc wyrównany, a więc automatycznie pojawiła się siła Coulomba, która będzie powstrzymywać elektron przed dalszą ucieczką.

Jasne, możemy z tą siłą walczyć – zamontować mocniejsze źródło, które wyciągnie elektrony jeszcze dalej. My jednak nie chcemy zużywać energii na walkę z siłą Coulomba. A już na pewno nie po to, by wytworzyć jedynie krótszy lub dłuższy impuls prądu. My chcemy, by ta siła działała na naszą korzyść. Chcemy za jej pomocą przekazywać pracę i energię, a do tego elektrony muszą się nieco sprawniej poruszać.

Aby to osiągnąć musimy dbać, by każdy atom miedzi miał przez cały czas zerowy bilans ładunku. W naszej sytuacji osiągniemy to tylko w jeden sposób: pora zamknąć wyłącznik i zlikwidować przerwę w obwodzie. Przyjrzyjmy się teraz naszemu rozwidleniu ponownie:

Punkt ten stał się teraz miejscem spotkania naszych dwóch fal. Zagadka dla Ciebie: jak myślisz, jak teraz zachowa się elektron wskazywany przez strzałkę? Ma on dwie opcje: posuwać się dalej w dół, albo skręcić w prawo. Na dole czeka go odpychanie kolejnych elektronów. Po prawej zaś zaś ma fragment pustej, dodatniej strefy, która sama go przyciąga.

Odpowiedź jest prosta: oczywiście, że wypadkowa siła zadziała tak, że ten elektron podąży w prawo. Tam będzie miał po prostu łatwiej. Tak samo zrobi kolejny elektron, który zajmie jego miejsce, a za nim kolejne. Wszystko to dzięki połączeniu dwóch sił (pchającej i zasysającej), które sprawiają, że to zamknięty obwód będzie zawsze preferowaną przez elektrony drogą. Wszak tylko w zamkniętym obwodzie elektrony mogą zastępować siebie nawzajem, tworząc długi, elektryczny łańcuch. Tym samym mamy odpowiedź. Odpowiedź na pytanie dlaczego elektrony nie uciekają do ziemi.

Ale czy o czymś nie zapomnieliśmy? A no właśnie: co z uziemieniem i elektronami, które już się tam trochę poruszyły? Cóż… pewne jest, że dalej się poruszać nie będą, bo skoro elektron nad nimi dał dyla w prawo, to nie będzie już na nie dłużej naciskał. A skoro zniknęła siła popychająca je do przodu, to mogą teraz spokojnie zająć się swoim zwyczajowym, chaotycznym ruchem w strukturze. Taki już ich los.

KONIEC

Dziękuję bardzo za wytrwanie do tego momentu. Jeśli w głowie rodzą Ci się jakieś pytania lub wątpliwości, to zapraszam do sekcji komentarzy. Pytania mogą być z gatunku tych najprostszych jak i najtrudniejszych – postaram się odpowiedzieć na każde!

---

Dzięki za poświęcony czas!

---