Dlaczego elektrony nie uciekają do ziemi?

You are currently viewing Dlaczego elektrony nie uciekają do ziemi?

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.

Atom miedzi – wizualizacja

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.

Struktura krystaliczna chlorku sodu, czyli popularnej soli kuchennej

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 trochę odrobinkę, a za nim odrobinkę luźniej. I choć będą to bardzo małe różnice, to jednak już dadzą one informację elektronom dookoła, że coś się zmieniło i wypada zacząć się ruszać. Wiem, brzmi to skomplikowanie, dlatego po kolei: zacznijmy może analizę od tego co dzieje się przed poruszonym kołowrotek 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. Elektron 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 wysłane informacje okrążą obwód i elektrony będą gotowe do ruchu?

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”. Stąd, jak pisałem wcześniej, wystarczy choćby drobna zmiana położenia elektronu, by informacja o tym poszła dalej. 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). Taka drobna, a jednak dość znacząca różnica.

Fale elektromagnetyczne

W związku z powyższym nie przejmuj się, że między elektronami widocznymi w obwodzie są tak duże przerwy – to niczego nie zmienia, bo nie gęstość upakowania tu chodzi, a o fakt, że cząstki te naturalnie się odpychają. Dzięki temu nasze dwie informacje (pchająca i zasysająca) płyną jako dwie fale elektromagnetyczne i 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 się jeszcze praktycznie 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. A muszę Cię niestety z przykrością poinformować, że w układzie jaki mamy na powyższym rysunku, 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. Chcemy, żeby elektrony miały szansę się w ogóle rozpędzić. I wreszcie chcemy, żeby były w stanie napędzić ten hipotetyczny kołowrotek po drugiej stronie obwodu, a nie tylko leniwie stukać w jego łopatki.

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. Upozorowałem to specjalnie, bo widać w ten sposób jak na dłoni co się za chwilę stanie. 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. A wszystko to dzięki połączeniu dwóch sił, które sprawiają, że to zamknięty obwód będzie zawsze preferowaną przez elektrony drogą. Dodajmy do tego fakt, że tylko w zamkniętym obwodzie elektrony mogą zastępować siebie nawzajem, tworząc długi, elektryczny łańcuch i już otrzymujemy 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!



Podobało się? Zajrzyj na
PATRONITE
i wspieraj moją dalszą pracę!
Krótka Historia Elektryczności
A może chciałbyś przeczytać ciekawą książkę?
Pewnie!

Ten post ma 35 komentarzy

  1. Andrzej

    Świetny artykuł ! Znakomita i bardzo trafna analogia do „łańcucha rowerowego” zamiast do płynącej wody,
    Wytłumaczenie „dlaczego elektrony nie uciekają do ziemi” uważam ze w pełni wyczerpujące nawet dla laika.
    Nasuwa mi się jednak pytanie :
    Załóżmy że w domu z puszki elektrycznej gdzie ma być zainstalowane gniazdko, wychodzą dwa kable,
    oczywiście faza i N-ka,
    Załóżmy dalej że stoję boso na podłodze (niech będzie na wylewce betonowej) i chwytam ręką fazy,
    Co się wtedy stanie ? Nie ma żadnego połączenia z N-ką, powiedzmy nawet że N-ka jest zaizolowana taśmą izolacyjną a sam kabel neutralny nowy i nigdzie nie przerwany,
    Elektrony zawsze chcą wrócić do źródła,
    No ale wydaje się że w tym przypadku nie mogą,
    Załóżmy nawet że podłoga jest mokra albo że stoję na ziemi,
    Porazi mnie najpewniej prąd ale w jaki sposób obwód się zamknie?
    Z góry dziękuję za odpowiedz i przepraszam za głupie pytanie:)

    1. Artur Szulc

      Ależ połączenie z Nką jest, mimo że na pierwszy rzut oka go nie widać. Załóżmy dla uproszczenia instalację jednofazową. Do twojego domu idą zatem dwa przewody z elektrowni – faza i Nka. Nie wiem czy masz złącze napowietrzne (ze słupa) czy może masz skrzynkę i kable idą w ziemi. Tak czy siak Nka jest gdzieś przed Twoim domem uziemiona. A skoro N jest połączona z ziemią to jest też połączona z twoją betonową posadzką. Kiedy dotykasz fazy powstaje obwód faza-ręka-posadzka-ziemia-Nka. W ten sposób energia wraca do trafo.

      1. Andrzej

        Dziękuję bardzo za szybką odpowiedź!
        Nie pomyślałem o tym że N-ka jest przecież uziemiona,
        Pozdrawiam serdecznie!

  2. Patryk

    ” Chwila ta jest niewyobrażalnie krótka, bowiem cały proces przebiega z prędkością światła. ” A nie przypadkiem z prędkością dźwięku odpowiednią dla danego ośrodka? Bo tak to by można zrobić dłuższy kij i przesyłać informacje z prędkością światła 🙂

    1. Artur Szulc

      Masz rację, to błąd, bo przez kij wędruje fala mechaniczna, a nie elektromagnetyczna, dla której właściwą prędkością jest prędkość dźwięku. Ewidentnie coś tu pomieszałem, ale już poprawiam. Dzięki!

    2. Bartosz

      Chciałem coś napisać,ale przeczytałem ten komentarz i stwierdziłem że się wtrącę.Nie jestem zupełnie pewien czy chodzi tutaj o to o czym myślę ” Chwila ta jest niewyobrażalnie krótka, bowiem cały proces przebiega z prędkością światła ” , mianowicie o przesył informacji np. zrobimy ten długi kij. Będziemy jednak w stanie w pewien sposób przesyłać informacji przez niego z prędkością światła tzn. jeżeli kij będzie miał długość roku świetlnego, to ruszenie jednym końcem sprawi , że drugi koniec poruszy się za rok, bo za tyle światło by tam dotarło. Przez strukturę kija informacja będzie się przemieszczać z prędkością światła, działa to coś jak łańcuch , tzn. ruszasz jeden atom, on rusza drugi , ten drugi rusza trzeci itd. aż do samego końca kija. Dzieje się to z prędkością światła i dopiero po dotarciu na sam koniec kija to nasze naprężenie spowoduje ruch kija. Mniej więcej tak to działa ale nie jestem w 100% pewien . Tak więc na 99% Teoria Elektryki miał rację i wybroniłem delikwenta 😀 Komentarz już jest bardzo długi, ale muszę jeszcze napisać to co pierwotnie chciałem 😀 Mogę się pochwalić zakończeniem czytania wszystkich artykułów z tego blogu plus krótką historię elektryczności i wystawiam ocenę 11/10 😀 Wspaniały blog i jeszcze te recenzje książek są genialne . Świetna wskazówka dla dalszego rozwoju , szczególnie te praktyczne książki , dla takiego teoretyka jak ja 😀 Chciałbym się dowiedzieć też co autory myśli o tym kanale https://forbot.pl/blog/, czy warto się z tego uczyć, szczególnie gdy ktoś jest nieobeznany z elektroniką? Aha i oczekuję z niecierpliwością na następne artykuły 😀

        1. Bartosz

          Ale wtopa , to ja się pomyliłem i zwracam honor Patrykowi:D. Oglądałem już ten film kiedyś , ale nie zrozumiałem widocznie dokładnie. Przesuwamy jakiś kryształ np. diamentu i dzieje się to z prędkością dźwięku( chociaż nie rozumiem dlaczego z taką właśnie prędkością :D). No okej, w krysztale diamentu dzieje się to szybciej niż w innych. Czytałem jednak ostatnio o tym ,że stworzono kryształ wignera , czyli kryształ z samych tylko elektronów. Teoretycznie zatem zbudujmy sobie kij z takiego kryształu i go tak popchnijmy , co się wtedy stanie , też to się odbędzie z prędkością dźwięku tylko teraz w krysztale elektronów?

          1. Artur Szulc

            Nie wiem jak ten kryształ ,,działa”, ale zasadniczo każdy łańcuch elektronów komunikuje się za pomocą fali EM. Problem w tym, że elektrony same w sobie nie mogą stanowić materii, więc nie wiem jak mielibyśmy zbudować z tego materialny pręt.
            Pytasz o co chodzi z prędkością dźwięku i dlaczego. Ano definicja prędkości dźwięku jest taka:
            Prędkość dźwięku w określonym ośrodku – prędkość rozchodzenia się w nim podłużnego zaburzenia mechanicznego (fali sprężystej).
            A więc prędkość dźwięku jest ograniczeniem wszelkich fal mechanicznych. O falach mechanicznych przeczytasz na Wikipedii: https://pl.wikipedia.org/wiki/Fala_mechaniczna

  3. Paweł

    Na wstępie chciałbym podziękować za świetnie napisane artykuły, czyta się to bardzo przyjemnie.
    Cały czas niestety uziemienie spędza mi sen z powiek. W artykule dlaczego „nk’a nie kopie” mieliśmy jasno od siebie „odseparowane” przewody fazy i nki za pomocą żarówki i to jest dla mnie jasne. Ale co w przypadku takiego obwodu „zamkniętego” jak w tym artykule gdzie faze i nk’a mamy w pewien sposób połączoną ze sobą i tworzą jeden obwód. Czy w takim przypadku gdy dotkniemy takiego obwodu to stworzymy mimo wszystko z uziemieniem kolejny obwód i popłynie przez nas prąd nawet jeżeli złapiemy za nk’ę? Za nic nie mogę pojąć gdzie w takim obwodzie zamkniętym bez odbiornika kończy się faza, a zaczyna nk’a. Z góry dzięki za odpowiedź, wiem że trochę chaotycznie, ale tak mi się to miesza, że nawet sam nie do końca wiem o co mi chodzi 😀

    1. Artur Szulc

      Tak naprawdę niepotrzebnie pominąłem tutaj odbiornik. Chciałem uprościć sobie animacje, bo on tak naprawdę niczego nie zmienia, a nie spodziewałem się, że komuś może to zamieszać w głowie.
      Pamiętasz jak w tamtym artykule o tym dlaczego Nka nie kopie pokazywałem, że odbiornik to nic innego jak kłębek długiego przewodu? Więc wyobraź sobie, że po prawej stronie obwodu taki kłębek jest i to wszystko. Będziesz miał obraz gdzie jest faza, a gdzie jest Nka.

  4. Patryk

    Jeżeli pan pozwoli miałbym pytanie do jednego z komentarzy?napisał pan tego typu zdanie „Prąd przemienny o częstotliwości 50 Hz charakteryzuje się tym, że przez 0,01 sekundy potencjał jest wyższy na fazie, a niższy na Nce, a przez kolejne 0,01 sekundy jest wyższy na Nce i niższy na fazie.” jak ten przykład porównać do przykładowego opisu z obracającą się baterią,gdzie dodatkowo uziemimy jeden z przewodów?Mógłby pan opisać taki układ bo na chwilę obecną mam mętlik w głowie a to może trochę rozjaśniło by mi sprawę.
    Wiem że uziemienie któregokolwiek z przewodów przy sieci jedno fazowej nie zmieni nic w przepływie prądu prawda?ale taki przewód możemy już z pełną świadomością nazwać neutralnym.Co w tedy z przewodem fazowym?jak on się zachowuję w stosunku do tego uziemionego.Czy prawdą będzie jak napiszę że potencjał fazy zmienia się cykliczne z dodatniego na ujemny wobec naszej n-ki?

    1. Artur Szulc

      Tak, przyjmując Ziemię jako umowne 0V, możesz powiedzieć, że potencjał fazy względem Nki raz jest dodatni, raz ujemny.
      Przy uziemieniu obwodu z baterią sytuacja wygląda tak samo jak przy prądzie przemiennym. Uziemienie również niczego nie zmienia.

  5. Amadeusz

    OK czyli zapominamy o potencjałach ale w takim razie skoro nie ma nadmiaru i niedomiaru elektronów to co fizycznie decyduje o tym że chcą raz płynąć w jedną a raz w drugą stronę. Musi przecież istnieć jakieś pole siła czy coś .Musi istnieć dla nich jakaś zachęta która powoduje że akurat raz z L do n a raz n do l chcą się przemieścić.
    Dla mnie matematycznie potencjał to stosunek pracy wykonanej przy przenoszeniu ładunku z jakiegoś punktu pola do nieskończoności do tego ładunku .

    1. Amadeusz

      Nie tyle potencjałach co nadmiarze i nie domiarze .

      1. Artur Szulc

        Nie chodzi mi o to, żebyś zapomniał o nadmiarze i niedomiarze ładunku, bo taka rzecz ma miejsce w postaci lokalnych zmian gęstości prądu w obwodzie (o czym pisałem wcześniej).
        Po prostu trzeba uważać z używaniem określenia ,,potencjał”, bo sam w sobie nie ma żadnego znaczenia fizycznego. Jasne, to jest tylko takie moje czepianie się odnośnie poprawnego nazewnictwa, bo jak ktoś powie ,,potencjał ujemny” to wielka tragedia się nie dzieje. O ile oczywiście w domyśle zakłada, że ten potencjał jest ujemny ,,względem jakiegoś punktu”. Obawiam się po prostu, że mało kto tak zakłada i potencjał traktowany jest jako coś bezwzględnego. Jak zero metrów nad poziomem morza, albo zero stopni Kelwina.
        Dlatego w przypadku obwodów elektrycznych polecam albo w ogóle zapomnieć o potencjale samym w sobie i mówić tylko o różnicy potencjałów, albo przyjąć sobie jeden bezwzględny potencjał (np. wybrać, że Ziemia to zawsze 0V) i od tej pory wyznaczać każdy inny potencjał względem tego punktu. W książkach stosowana jest ta druga metoda, jako że ziemia jest dość istotnym w energetyce ,,urządzeniem” elektrycznym. Podobnie jest w elektronice, gdzie ustala się tzw. ,,masę”, przypisuje jej 0 V i wszystko dalej staje się proste. Wtedy możemy już używać zwrotów w stylu ,,w tym miejscu potencjał jest dodatni”, bo wiemy, że mamy już gdzieś nasze umowne zero.

        1. Amadeusz

          ok , chodziło mi o to że tłumaczyli nam to w ten sposób ze tam gdzie elektronów jest więcej tam jest potencjał ujemny a tam gdzie mniej dodatni . To że gdzieś elektronów jest więcej ,albo mniej to pojedynczo nie wiele znaczy ,ale jeśli mamy dwa takie punkty i z jednego możemy „przesłać” elektrony do drugiego a wiec i wykonać prace i wydzielić energię to mamy różnice potencjałów czyli napięcie. Moje pytanie polega na tym że chce zrozumieć co powoduje ze w prądnicy elektrony właśnie z jednego punktu chcą płynąc do drugiego czyli jest wspomniane napięcie. Po prostu chciałem zapytać czy na jednym z zacisków pojawia się nadmiarowe skupisko ładunku w stosunku do drugiego zacisku tyle, ze miejsce gdzie jest ładunku więcej a gdzie mniej zmienia się 100 razy na sekunde. Inaczej mówiąc jak te elektrony się w takiej np cewce na którą działamy zmiennym polem magnetycznym układają .

          1. Amadeusz

            Bo np w takiej baterii opisałeś sprawę dosyć prosto. Na jednej elektrodzie w wyniku reakcji odkłada się nadmiar elektronów na drugiej niedomiar i pomiędzy elektrodami ten ładunek przepływa.
            Czyli zabieramy elektrony tam gdzie mamy ich więcej i przepychamy tam gdzie jest ich mniej. Dodatkowo na elektrodzie dodatniej pojawia się dodatnie pole elektryczne na ujemnej ujemne i wszystko się ładnie przyciąga. W przypadku prądu zmiennego chciałbym zrozumieć jak działa podobny mechanizm czyli gdzie więcej gdzie mniej albo czemu się przesuwa. Przeczytać w podręczniku ze w przewodniku będącym w zmiennym polu magnetycznym indukuje się napięcie ok mogę, ale to nie wiele mi mówi to takie wytłumaczenie tak jest bo tak jest masło jest z masła. 🙂

          2. Artur Szulc

            Nie pozostaje mi zatem nic innego jak zacytować samego siebie: ,,źródło przesuwa pierwsze elektrony, gęstość ładunku w jednym miejscu robi się większa, w drugim mniejsza i tak powstaje poszukiwana przez Ciebie różnica”.
            Innymi słowy to co bateria robi chemicznie, prądnica robi wykorzystując indukcję elektromagnetyczną. Zasadniczo obie te rzeczy są tym samym, no bo taki sam jest rezultat – powstaje chęć elektronów do przemieszczenia się.

  6. Amadeusz

    Mam pytanie. Jak wiemy potencjał dodatni i ujemny w prądzie przemiennym zmieniają się 50 razy na sekundę miesiącami. Zastanawiam się jednak w którym miejscu w tym układzie zamkniętym one się tworzą .No bo powinien być fragment gdzie w jednym elektronów brakuję a w drugim jest nadmiar.Na obrazkach wszystko krąży w kółko i pojawia się myśl gdzieś te miejsca niedobory i nadmiaru elektronów wcisnąć.

    1. Artur Szulc

      I dlatego właśnie w dobrych książkach do podstaw elektrotechniki, w przypadku obwodów nie używa się pojęcia napięcie, tylko siła elektromotoryczna.
      Nie chodzi o to, że napięcie i SEM to zupełnie coś innego, ale takie rozróżnienie pozwala nie mieszać ze sobą elektrostatyki i elektrodynamiki.
      Bo definicja różnicy potencjałów, którą przytaczasz, wywodzi się właśnie z elektrostatyki. Tu jest więcej elektronów, tam jest mniej, mamy różnicę. Wszystko łatwo jest prześledzić bo sytuacja jest statyczna
      Obwody to sprawa z kolei dynamiczna. Tutaj różnica potencjałów, a więc SEM wytwarzana jest w źródle. Działa to dokładnie tak jak pokazuję w tym artykule: źródło przesuwa pierwsze elektrony, gęstość ładunku w jednym miejscu robi się większa, w drugim mniejsza i tak powstaje poszukiwana przez Ciebie różnica. To tak jak z kijem do gry w bilard. W momencie gdy pchasz kij wytwarzasz różnicę ciśnień, która napędza cały kij. Przez ułamek sekundy, pod wpływem twojego nacisku, zmienia się gęstość atomów i te wzajemnie zaczynają się popychać. W obwodzie prądu przemiennego gęstość ładunku cały czas się zmienia – łańcuch elektronów nie jest bowiem idealnie sztywny, patrząc z subatomowego punktu widzenia. Innymi słowy kiedy w generatorze w elektrowni SEM osiąga 325 V, to w dokładnie tym samym momencie w Twoim domu to SEM tyle jeszcze nie wynosi. Ograniczeniem jest prędkość światła. Łańcuch elektronów jest więc odrobinę jak sprężyna, co w trochę przesadzony sposób pokazałem na animacji w drugim rozdziale tego artykułu: https://teoriaelektryki.pl/jak-dziala-siec-jednofazowa/

      1. Amadeusz

        „gęstość ładunku w jednym miejscu robi się większa, w drugim mniejsza ” Czyli jest różnica potencjałów która się zmienia.Ta różnica jest więc na zaciskach źródła zasilania.Czyli normalnie mogę sobie wyobrażać szybko zmieniający się miejscami plus i minus tyle że jakby sposób ich wytwarzania jest inny .Natomiast prąd płynie od minusa do plusa które zmieniają się szybko miejscami i tak powstaje wspomniany efekt sprężyny. Można to tak sobie ułożyć w głowie czy jest to błędne.Bo jak np analizuje schematy prądu zmiennego to normalne wyobrażam sobie jak prąd płynie od minusa do plusa przez wszystkie elementy tylko że ten plus i minus szybko się zmieniają i nazywają się L i N
        Raz N ma plus a raz L . Analizuję więc jeden kierunek bo jest łatwiej.

        1. Artur Szulc

          Tak, dobrze kombinujesz.
          A analizując obwody prądu przemiennego możesz po prostu przyjąć, że prąd płynie od fazy do Nki. To, że zmienia on kierunek nie ma żadnego znaczenia dla współczesnych urządzeń.

      2. Amadeusz

        Zastanwia mnie jedna sprawa.
        Wiemy że w rzeczywistości ten kołowrotek to tak naprawde kręcący się magnes. Tu pojawia się pytanie.
        Ja to sobie wyobrażam tak że jeden biegun magnesu musi elektrony przyciągać,a drugi odpychać. Więc jak go zbliżymy np do takiej cewki to spowoduje on że elektrony pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego się przesuną. No i właśnie tu się zastanawiam co decyduje o tym czy zrobią to w lewo czy w prawo skoro magnesy jest skierowany do cewki np prostopadle.

        1. Artur Szulc

          To w którą stronę podążą elektrony zależy od tego w jakim kierunku zachodzi zmiana pola magnetycznego. Elektrony poruszają się tak, żeby wytworzyć własne pole magnetyczne, sprzeciwiające się zmianom tego zewnętrznego. Innymi słowy: robią zawsze odwrotnie.
          To, że magnes jest skierowany prostopadle nie ma znaczenia: ważne, że się porusza, a przez to powoduje zmianę pola magnetycznego.

          1. Amadeusz

            Sorki ale trochę mi się namieszało i nie rozumiem pewnej kwestii. W szkole tłumaczyli nam że w prądzie przemiennym plus z minusem zmienia się 50 razy na sekundę i na wielu forach internetowych można tak wyczytać.Czyli że raz faza ma plus a neutralny minus a raz neutralny plus a faza minus. W komentarzu wyżej pisałeś o sile elektro motorycznej i że nie do końca tak jest.
            Moje pytanie brzmi jak to jest z tym zmieniającym się miejscami plusem i minusem a dokładnie wyższym i niższym potencjałem.Istnieja w prądzie przemiennym czy nie . Pytanie kolejne jeśli nie to przecież musi istnieć jakaś siła pole które przyciąga z jednej strony elektrony a z drugiej je odpycha . Ta siła powinna też być przez nadmiarowe skupisko elektronów wytwarzana i nie domiarowe też . Bo skoro ładunek dodatni i ujemny że sobą odzialowywuja to też i siły muszą od nich pochodzić.Skoro w prądzie przemiennym nie ma plusa i minusa to czym jest potencjał dodatni i ujemny.

          2. Artur Szulc

            Uczyli was tak, bo tak jest najprościej to zrozumieć. A więc to jaką odpowiedź Ci napiszę zależy od tego, czy chcesz po prostu mniej więcej zrozumieć jak to jest, czy może zagłębiamy się w fizykę.
            U podstaw prądu przemiennego, elektrony zmieniają kierunek 100 razy na sekundę (nie 50, bo w każdym okresie zachodzą dwie zmiany). Wchodząc w analogię plusa i minusa: to tak jakbyś obracał baterię w obwodzie prądu stałego 100 razy na sekundę. Też dostaniesz prąd przemienny (tyle że kwadratowy) o częstotliwości 50 Hz.
            Jeśli chcemy być bardziej poprawni fizycznie, to zapominamy o plusach i minusach, i interesuje nas tylko ten jeden fakt:
            Prąd przemienny o częstotliwości 50 Hz charakteryzuje się tym, że przez 0,01 sekundy potencjał jest wyższy na fazie, a niższy na Nce, a przez kolejne 0,01 sekundy jest wyższy na Nce i niższy na fazie. I to wszystko.

            Z kolei potencjał „ujemny” i „dodatni” to pojęcia, których możemy używać wedle uznania. Nie mają one reprezentacji fizycznej, to tylko twory matematyczne.
            Stąd możemy na przykład uznać, że ziemia ma 0 V (i tak też robią elektrycy). Skoro tak, to N’ka, jako, że jest z nią połączona, będzie również miała 0V. Musi mieć, bo prąd między Nką a ziemią nie płynie, a to wskazuje, że nie ma różnicy potencjałów. A skoro na fazie potencjał raz jest wyższy, a raz niższy niż a N’ce, to wychodzi na to, że faza ma potencjał ujemny przez 0,01 sekundy względem Nki, a następnie dodatni przez 0,02 sekundy względem Nki. Jak wspomniałem, nie ma absolutnie żadnego znaczenia fizycznego, ale dzięki temu matematyka staje się dużo prostsza.

          3. Artur Szulc

            A i nie przepraszaj tylko pytaj! Od tego tu jestem 😉 Jak dla mnie to możemy nawet cały 2022 rok tak pisać, nie ma problemu 🙂 No chyba, że wolisz pogadać na mailu, albo facebooku, wówczas zapraszam na kontakt@teoriaelektryki.pl lub facebook.com/teoriaelektryki

  7. Patryk

    Witam ja mam pytanko jeszcze o układ jednofazowy?to czy różni się tak naprawdę przewód fazowy od neutralnego.
    Przykładowo weźmy układ w którym nie uziemiliśmy żadnego z przewodów,jak w takim razie to działa?napięcie przemienne będzie indukowało raz na jednym,raz na drugim potencjał.Czyli teoretycznie w takim układzie nie możemy określić gdzie jest faza a gdzie zero prawda?bo one co chwilę zamieniają się miejscami dobrze myślę?
    Wiemy z artykułu że uziemienie któregokolwiek z przewodów nie zmieni nam rozpływu prądu,ale coś to uziemienie jednak zmieni w układzie prawda?

    1. Artur Szulc

      Faza od N’ki różni się tylko i wyłącznie tym, że N’ka jest uziemiona. Jeśli żaden przewód nie jest uziemiony, to zapominamy o koncepcji fazy i N’ki bo oba przewody są takie same. Nawet na studiach uczyli nas, że jak montuje się transformator separujący nieuziemiony, to należy oba przewody wychodzące z takiego transformatora oznaczyć tak samo. A więc tak, dobrze myślisz.
      I nie, uziemienie absolutnie niczego nie zmienia jeśli chodzi o przepływ prądu w obwodzie. Zresztą całą ideę uziemienia opisałem w artykule na temat uziemienia. Ma ono tylko i wyłącznie funkcje zabezpieczającą. I właśnie dlatego, żeby było bezpiecznie musimy wiedzieć który przewód to faza, a który to N’ka, a nie dlatego, że przez uziemienie coś się zmieniło. Jeden przewód może Cię teraz zabić, drugi teoretycznie nie. Ale prąd dalej płynie dokładnie tak samo.

  8. Bartek

    Ja mam pytanie odnośnie energetyki. Jak to jest z liniami niskiego napięcia,bo wiem że transformator nie zmienia mocy w obwodzie,tylko bawi się napięciem i prądem, a skoro moc pozostaje ta sama,to jaka jest moc w tych liniach? Czy ona jest jeszcze w jakiś sposób dzielona po wybyciu z elektrowni, jak to się dzieje?

    1. Artur Szulc

      Moc w liniach jest taka jak moc generatorów wytwarzających energię. Energia może być rozdzielana – gdzieś możesz zablokować jej przepływ, gdzieś indziej odblokować. Czasami bowiem brakuje w Polsce prądu i wtedy trzeba kupować go zza granicy. A czasami trzeba eksportować i otworzyć dodatkowe ujścia. A pomijając temat blokowania, to jeśli otwartych jest wiele dróg, to nie masz wpływu jak prąd nimi popłynie, bo popłynie wszystkimi. Stąd korzystamy często z ograniczania mocy. Zresztą musimy to robić, bo transformatory mają swoje limity. No i są też zwarcia i inne tego typu rzeczy – gdyby nie ograniczenia, wszystko zaczęłoby się topić od temperatury, bo prąd nie patrzy na to jaką przepustowość ma kabel, którym płynie, tylko daje pełną mocą.
      A jak działa ograniczanie mocy? W najprostszym scenariuszu zakład energetyczny montuje bezpieczniki i jak pociągniesz za dużo prądu, to bezpiecznik wyrzuci. Bezpiecznik dobierany jest na taką moc jaką podpiszesz z dystrybutorem. Planujesz zwiększenie mocy, musisz prosić o wymianę bezpiecznika na większy.

  9. Robert

    Dzięki za ten artykuł już nie mogłem się doczekać?ale opłacało się:)
    To co teraz? drogi autorze lecimy dalej z prądem przemiennym:reaktancja,indukcyjność,moce czynna bierna,pozorna.No i te wyczekiwane prze zemnie układy trójfazowe.

  10. Anonimek

    Dowiedziałbym się jeszcze coś o indukcji, silnikach 🙂

Dodaj komentarz