Jeśli żarówka rozpala się w mgnieniu oka po naciśnięciu włącznika, to jak szybko tak naprawdę płynie prąd? Z prędkością światła? Nieco wolniej? Odpowiedź może cię zaskoczyć.
Elektryczność jest szybka… Naprawdę szybka
Włączając światło w swoim domu nie jesteś w stanie dostrzec najmniejszego opóźnienia między przeskokiem włącznika, a rozświetleniem się żarówki. Nie znaczy to, że coś jest z Tobą nie tak, bez obaw. Nawet gdybyś naciskając w domu włącznik zapalał żarówkę w Buenos Aires to i tak nie byłbyś w stanie jakiegokolwiek opóźnienia zarejestrować. I to nie dlatego, że trudno jest zauważyć małą żarówkę z odległości 12 000 kilometrów, a dlatego, że elektryczność jest piekielnie szybka.
Zgodnie z tytułem artykułu miałem wyjaśnić jak szybko płynie prąd, ale czy prąd to faktycznie to samo co ,,elektryczność”? Zależy jak na to spojrzymy. Mianem elektryczności możemy bowiem opisać wiele rzeczy – ładunek elektryczny, prąd, czy chociażby napięcie. Oprócz tego, że wszystkie współtworzą ,,elektryczność”, to każde z nich ma swoją definicję i swoje miejsce w elektrycznym świecie. Ładunki przenoszą energię, poruszając się dzięki napięciu, co z kolei powoduje powstanie prądu elektrycznego. Prąd możemy tutaj traktować jako swego rodzaju nośnik, czy też przekaźnik elektryczności. Bez niego, czyli skupiska małych, pędzących na stracenie elektronów, w naszych domach byłoby ciemno i ponuro, a ten artykuł mógłbym napisać jedynie na maszynie do pisania, po czym schować go do szuflady.
Skoro to prąd jest z naszego punktu widzenia najistotniejszy, to może sprawdźmy na początek jaką rzeczywiście osiąga on prędkość. Czy porusza się tak szybko jak światło? A może chociaż przekracza barierę dźwięku? Oto wzór pozwalający obliczyć prędkość elektronów zmierzających od włącznika światła do żarówki:
Załóżmy, że żarówka wymaga natężenia prądu o wartości 0,3 A, a przekrój przewodu to standardowe 1,5 mm2 . Przewód jest miedziany, więc liczba elektronów wynosi 8,5 x 1028 na metr sześcienny, a wartość ładunku elektrostatycznego to 1,6 x 10-19 kulombów.
Wrzucając powyższe liczby do kalkulatora okaże się, że prąd elektryczny płynie z zawrotną prędkością… 0,000014686 m/s. Innymi słowy jeden elektron w trakcie godziny przebędzie drogę 5 centymetrów, a przebycie jednego metra zajęłoby mu niemal całą dobę… Wygląda na to, że zamiast zwrotu ,,wolny jak ślimak” powinniśmy zacząć mówić ,,wolny jak prąd elektryczny”.
Najważniejsze pytanie jakie teraz przed nami stoi brzmi następująco: Jakim cudem tak powolne elektrony są w stanie w mgnieniu oka rozświetlić żarówkę? Odpowiedzią na to pytanie jest niezwykle proste, ale jakże skuteczne zjawisko reakcji łańcuchowej.
Jeden za drugim
Gdyby elektrony gromadziły się we włączniku światła i dopiero po jego naciśnięciu ruszały na złamanie karku w stronę żarówki, to faktyczne prędzej nastałby świt, niż doczekałbyś się jakiejkolwiek reakcji. W rzeczywistości jednak każdy metal od początku swego istnienia wypełniony jest takimi elektronami, co objawia się charakterystycznym metalicznym połyskiem jego powierzchni. Przewód, styki włącznika, żarnik żarówki – wszystkie te elementy już na starcie mają w sobie ogromną liczbę tych maleńkich cząsteczek. A co to zmienia? Bardzo wiele i pokażę to teraz na przykładzie:
Wyobraź sobie, że chcesz za pomocą piłeczki pingpongowej przewrócić klocek domina oddalony od ciebie o kilkadziesiąt centymetrów. Popychając piłeczkę w jego kierunku po kilku sekundach klocek się przewróci. Jest jednak pewien sposób, by efekt ten osiągnąć znacznie szybciej i efektywniej. Jak? Za pomocą 8 piłeczek.
Choć odległość od klocka jest taka sama, to dzieje się rzecz niesamowita. Pchnięcie pierwszej piłeczki powoduje reakcję łańcuchową i dzięki następującym po sobie zderzeniom klocek upada niemal natychmiast, a opóźnienie jest niewielkie. Jest to dokładnie taki sam mechanizm jaki zachodzi wewnątrz przewodu elektrycznego, Pierwszy popchnięty napięciem elektron przesuwa kolejny i kolejny, i kolejny, i tak miliardy miliardów trylionów razy pomiędzy Twoim włącznikiem światła, a żarówką. Dzięki temu elektrony nie muszą przebyć tego ogromnego dystansu – wystarczy, że przesuną się zaledwie odrobinę, by efekt widoczny był w mgnieniu oka.
A nazywają ją energią
Zamiast samodzielnie pchnąć klocek, my przy pomocy piłeczek ,,przesyłamy pchnięcie” na pewną odległość. W obu powyższych przypadkach rezultat był taki sam – klocek upadł. Widoczną różnicą był czas w jakim ,,pchnięcie” dotarło do klocka. Przyznasz, że słowo ,,pchnięcie” nie brzmi zbyt naukowo, prawda? Dlatego też fizycy wolą posługiwać się terminem ,,energia”, a jako że to całe ,,energetyczne pchnięcie” przekazywane jest przez elektrony, to idealnym określeniem okazała się być energia elektryczna.
Dzięki możliwości przesyłania energii elektrownia sprzedająca Ci elektryczność ma nieco ułatwione zadanie. Nie musi ona martwić się wtłaczaniem do Twojego domu całego morza elektronów. W końcu i tak posiadasz ich pod dostatkiem w urządzeniach elektrycznych i przewodach. Jedyne co elektrownia musi zrobić to odpowiednio mocno pchnąć pierwsze elektrony znajdujące się w ich generatorach (lub jak kto woli nadać im odpowiednio dużą energię). Stworzony w ten sposób prąd za pomocą kolejnych ,,zderzeń” przesyła do Twojego domu niezbędną energię niemal z prędkością światła. Dlaczego ,,niemal”? Bo nic na tym świecie nie jest niestety idealne.
Wzajemne przesuwanie się elektronów przypomina bowiem nieco przeciąganie łańcucha. Ciągnąc za jego pierwsze ogniwo musi minąć chwila, nim cały łańcuch napręży się i wszystkie ogniwa zacząć poruszać się z jednakową prędkością. Analogiczna sytuacja ma miejsce w wewnątrz materii i potrzeba odrobiny czasu, by setki kilometrów elektronów odpowiednio się ,,naprężyły”. Związane jest to z przeróżnymi oddziaływaniami międzycząsteczkowymi, których szczegóły nie są dla nas dzisiaj istotne. Może kiedyś napiszę o tym więcej, kto wie?
Powolny prąd, błyskawiczna energia
Mam nadzieję, że obydwa przedstawione przykłady, ten z piłeczkami i ten z łańcuchem, dość dobrze odzwierciedlają różnicę między powolnym ruchem fizycznym obiektów, a błyskawicznym przepływem energii. Oczywiście pisanie o zderzających się elektronach jest dość mocnym skrótem myślowym – cząstki te podlegają prawom mechaniki kwantowej i szczerze mówiąc fizycy nie do końca wiedzą co tak naprawdę się wewnątrz naszych przewodów dzieje.
W tym artykule pominąłem również kwestię przemienności prądu. Elektrony owszem podróżują przed siebie, ale tylko jeśli mamy do czynienia z prądem stałym! W przypadku prądu przemiennego elektrony nigdy nie dotrą od włącznika do żarówki, gdyż za bardzo zajęte są one ,,bujaniem” się w tę i z powrotem. Efekt ten opisałem dokładnie tutaj:
Prąd stały, zmienny i przemienny w prostych słowach – artykuł na TeoriaElektryki.pl
Powyższe uproszczenia pozwoliły mi skupić się na rezultacie, który pozostaje bez zmian. Bez względu na to czy elektrony wyobrażamy sobie jako pędzące w jednym kierunku, odbijające się piłeczki, czy przelewającą się w tę i we w tę elektryczną galaretkę, prąd elektryczny jest zawsze tak samo powolny. Posiada on za to niezwykłą zdolność przenoszenia i przekazywania energii elektrycznej. Wystarczy jedynie podłączyć wybrane urządzenie do gniazdka, by w mgnieniu oka mogło ono otrzymać niezbędną energię od oddalonej o setki kilometrów elektrowni. Energię, która służy nam do wytwarzania światła i ciepła, a mi pozwoliła na dokończenie i opublikowanie niniejszego artykułu.
Jeśli głód twojej wiedzy nie został zaspokojony i jesteś ciekaw skąd na przykład elektrony wzięły się w naszych przewodach, w jaki sposób napięcie wprawia je w ruch albo dlaczego prąd elektryczny wytwarza światło i ciepło, to zapraszam Cię do zapoznania się z innymi moimi artykułami. Mam nadzieję, że to co tworzę okaże się dla Ciebie przydatne i zobaczymy się ponownie w kolejnych publikacjach. Do usłyszenia!
Bibliografia
- Elektrotechnika – S. Bolkowski, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne,
- Podstawy teorii pola elektromagnetycznego – Z. Piątek, P. Jabłoński, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne,
- Podstawy elektrodynamiki – D. J. Griffiths, Wydawnictwo Naukowe PWN,
- CRC Handbook of Chemistry and Physics – W. M. Haynes, CRC Press
- http://www.schoolscience.co.uk – witryna edukacyjna pod patronatem The Association For Science Education
witam,
tych, którym przykład z odbijaniem piłek nie przemawia bo to są zderzenia, przypomnę, że elektrony są nośnikiem ładunku ujemnego, zaś ładunki jednoimienne odpychają się, więc w szczegółach nie ma zderzeń, tylko działają siły odpychające, jednakże clue to jest wywołanie ruchu, tj przepływu energii.
Czy to znaczy że w przypadku prądu przemiennego po włączeniu żarówki w mieszkaniu konkretne elektrony które „wystartowały” od licznika nawet nie dopłyną do tej żarówki?
Tak.
Ja lubię wytłumaczenie z książki „Fizyka wokół nas” Paul G. Hewitt, rozdział 23.6 Prędkość elektronów w obwodzie i ich źródła.
Cyt.: „Nieporozumieniem jest traktowanie prądu jako efektu zderzeń elektronów z elektronami. Przy takim obrazie prądu impuls elektryczny przekazywany jest kolejnym elektronom na zasadzie domina. Jest to obraz prawdziwy w odniesieniu do dźwięku, ale nie stosuje się do prądu elektrycznego. Elektrony swobodne w metalu przyspieszane są przez pole elektryczne przyłożone do przewodnika, a nie w wyniku wzajemnych, ukierunkowanych zderzeń. Oczywiście wystepują tam zderzenia elektronów z elektronami i jonami, ale wpływają one jedynie na spowalnianie ruchu elektronów, przyczyniając się do powstania oporu elektrycznego. Elektrony w całej objętości przewodnika reagują na pole elektryczne jednocześnie.”
Dlaczego założono pobór prądu 0.3A? Napięcie jest parametrem sieci, częstotliwość też. O prądzie nigdy nic nie ma w parametrach a priori. Rozumiem, że natężenie prądu wymusza sam odbiornik? I w jaki sposób? „Skąd żarówka wie”, że musi mieć prąd 0.3A, żeby się zaświeciła? Różne elementy potrzebują różnego prądu. Dlaczego prąd nie wyniósł np. 0.1 ampera i żarówka się nie zaświeciła? Podobnie dla każdego urządzenia. Jak to się dzieje, że urządzenie pobiera tyle prądu ile potrzebuje żeby działało? I jak taki prąd można obliczyć z góry, bo raczej można?
Założenie 0,3 A jest czysto przykładowe. W najprostszej wersji za pobór wartość pobieranego prądu odpowiada rezystancja. Polecam niniejszym następujące artykuły, które powinny sporo rozjaśnić:
https://teoriaelektryki.pl/czym-jest-rezystancja/
https://teoriaelektryki.pl/o-czym-mowi-prawo-ohma/
https://teoriaelektryki.pl/jak-rozumiec-spadek-napiecia/
Artykułu dotyczącego stricte tego dlaczego urządzenie pobiera akurat tyle prądu ile pobiera, nie poruszałem, aczkolwiek powyższe artykuły powinny dać tego pewien obraz.
A może po prostu jakaś inna cząstka, coś jak foton albo foton przeskakuje tylko pomiędzy elektronami i one są tylko miejscem po którym ta cząstka może się poruszać przez chwilę oddziałując z nimi. Prąd się porusza prawie tak szybko jak światło, więc teoria łańcucha że cały układ potrzebuje chwili nie do końca jest dobra. Mówimy o prędkości większej milion razy niż w przypadku łańcucha. Troszkę takie tłumaczenie na siłę ale ok. Skoro tylko fotony poruszają się tak szybko jak prąd, prąd musi być albo może być szybko poruszającymi się fotonami które przeskakują pomiędzy elektronami. Bo jednak prąd się ciągły, elektron się zderzy z innym ale już musi zostać w tej pozycji, bo prąd płynie dalej. Poza tym elektrony są oddalone od siebie o duże odległości bo są w różnych atomach, więc jak się mają zderzyć z innymi elektronami? A potem mają wrócić do na swoją pozycję poprzednią? Nie, tam musi być inna cząstka, może i foton (foton może również powstaje w innych sytuacjach o których nie wiemy?), która szybko przeskakuje w przestrzeni elektronów…
Zawsze wszędzie odpowiedzią jest prostota. Bo czytałem teraz inne komentarze. To że elektrony się poruszają w prądzie jest troszkę absurdem bo elektrony są związane z jądrem atomowym, i tak szybko się poruszają. Poza tym są oddalone o spore odległości od innych atomów i ich elektronów. Wyłączenie prądu oznaczałoby że nowe elektrony które przyszły do metalu zatrzymują się i od razu wchodzą z powrotem na te same orbitale w atomie. Troszkę naciągane, myślę że to tak nie działa. Jak na razie nie widzę tego by elektrony miały się odrywać ze swojego miejsca. Pytanie co da energię nowemu elektronowi by akurat wszedł sobie na wolny orbital. Te cząstki raczej mają trwałe połączenia. (tu jest kolejna dygresja jak to działa w chemii, gdzie się mówi o elektronach walencyjnych które rzekomo odłączają się).
I dlaczego też przy styku elektronów podczas przepływu prądu miałyby one sobie coś przekazywać, energię czy cokolwiek. To są wszystko dłuższe ruchy niż szybkość przepływu prądu. Tylko jak fotona nie widać, to pewnie nikt nie dojdzie jak foton powstaje gdy uruchamiamy prądnicę. Tam też powstaje ciepło w sumie, każdy sprzęt się nagrzewa, więc może i tam powstają fotony. Skoro ono zawsze powstają tam, gdzie coś się nagrzewa. Może światło wynikające z dużego nagrzania sprawia że tych fotonów jest już strasznie dużo, ale jak coś jest rozgrzane słabiej to jest ich mniej. One mogą zawsze powstawać gdy jest ciepło wytwarzane, więc nawet i w reakcjach chemicznych.
Temat przepływu energii elektrycznej opisałem dokładniej tutaj: https://teoriaelektryki.pl/dlaczego-elektrony-nie-uciekaja/
Skąd odbiornik (żarówka) 'wie’ że wymaga tyle, a tyle prądu. Jeżeli Bóg jest odpowiedzialny za funkcjonowanie praw przyrody, to trzeba by jego zapytać !) To fajne pytanie mimo wszystko, tylko moim zdaniem źle postawione. Skąd papier 'wie’, że zapali się w temperaturze 451oF? 'Wie’ i ’ nie wie’ zarazem, tak się dzieje. To my to wiemy, bo to kiedyś wcześniej odkryliśmy. Więc skoro chcemy papier podpalić, to wiemy, że musimy mu dostarczyć temperatury wspomnianej 451oF lub wyższej, a jeżeli chcemy uniknąć podpalenia, to nie możemy . Jeżeli odkryliśmy że drucik w żarówce zacznie się żarzyć po dostarczeniu pewnej ilości energii, to musimy mu ją po prostu dostarczyć, bo jeśli nie dostarczymy albo za małą, to się nie będzie żarzyć w ogóle lub słabo, a jak za dużą, to się przepali. O ile żarówka jest dość prostym odbiornikiem to my 'apriori’ możemy sobie łatwo policzyć z prawa ohma jaki prąd będziemy 'mieli’. Jeżeli mamy do czynienia z bardziej złożonym odbiornikiem typu np. silnik, komputer. To my a priori nie wiemy dokładnie jaki będziemy 'mieli’ prąd w przewodniku, bo będzie on zależał od obciążenia tego odbiornika. Wiemy natomiast jaki będziemy mieli ten prąd przy danym obciążeniu, bo my te ustrojstwa zbudowaliśmy 🙂
Źródłem pola magnetycznego są poruszające się ujemne elektrony w stosunku do dodatnich protonów. W jakiś sposób skrócenie Lorentza właśnie przez ten ruch wywołuje siłę zwaną magnetyzmem, na kanale na yt fizyk student tłumaczył to lepiej niż ja, bo to trudne. Wiadomo, że to tylko teoria, w praktyce wszystko się upraszcza, dlatego powstał dział magnetyzm, zamiast zapisywać magnetyzm skomplikowaną teorią względności.
Na kanale glupia nauka, zapomniałem dodać 😀
Jeżeli obwód z nadprzewodników uruchomisz gdzieś w próżni, to czy będzie działał wiecznie? Tj. nie wzrośnie jego tempeeatura i nie przestanie być nadprzewodnikiem, przez co prąd dalej płynie bez oporów, nie ma grzania się 0 strat, wieczny prąd, czy to perpetum mobile :D?
Nie wiem, nadprzewodnictwo nie znajduje się w obszarze moich zainteresowań. Teoretycznie, tworząc nadprzewodnik zdolny utrzymać swoje własności w temperaturze pokojowej, świat stanie się bardzo ciekawym miejscem. Miejscem bezstratnego przesyłu energii. Podejrzewam jednak, że nadprzewodniki te będą tak drogie, że ich zastosowanie nie będzie bardzo szerokie. Raczej o nadprzewodzących liniach wysokiego napięcia możemy zapomnieć. Za to nanotechnologia mogłaby z tego mocno skorzystać. Czy to perpetuum mobile? Z tego co wiem idealny nadprzewodnik to tylko teoria i nawet umieszczony w próżni nie wyzbędzie się swoich wad. Pomijam też fakt, że idealna próżnia nie istnieje. Idealny czy nie, nadprzewodnik z pewnością znacząco ograniczy straty energii i będzie tym dla elektroniki, czym LEDy były dla świata żarówek.
Temat nie jest prosty do intuicyjnego zrozumienia nawet dla specjalistów w dziedzinie. Nawet filmy Veritasium i Electroboom tworzą więcej pytań niż dają odpowiedzi. Nie wiem czy nie lepsza byłaby analogia z więżą ciśnień. Porównanie energii potencjalnej wody na danej wysokości z energią „potencjalną” elektronów znajdujących się na „-„. Każdy atom wody, który opuszcza zbiornik choćby o 1mm uwalnia energię/wykonuję pracę równą mgh bez względu na prędkość z jaką opuścił zbiornik. Nie podejmuję się opisania tego dla obwodu elektrycznego. Nadal jednak nie rozumiem, czy fala elektromagnetyczna ma jakieś znaczenie w przekazywaniu energii (w moim wyjaśnieniu nie musiałaby mieć).
Ciekawe jak zagadnienie przedstawia się w momencie uderzenia pioruna. Z jaką prędkością wtedy przemieszczają się elektrony?
Fala EM ma fundamentalne znaczenie – bez niej energia elektryczna nie płynie, tak jak bez niej energia słońca nie docierałaby do nas.
Sęk w tym, co trafnie opisałeś, że to elektrony są w przypadku obwodów jej źródłem. To znaczy, że źródło emituje pole elektryczne, ale dopóki elektrony nie poruszą się choćby o milimetr, nie powstanie pole magnetyczne, a więc fala EM. Innymi słowy bez ruchu elektronów energia elektryczna nie płynie, bez względu na to czy uważamy, że to elektrony ją transportują, czy sama fala EM.
Analogiczne pytanie – co przenosi energię przy popychanym pręcie metalowym – atomy metalu czy fala dźwiękowa, z szybkością której przekazywana jest energia popchnięcia kolejnym atomom pręta?
Jeden powie, że fala
drugi, że kwestia definicji,
trzeci, że u podstawy w obu przypadkach stoi ruch
(elektronu w obwodzie)/(atomu metalu w pręcie), a powstająca fala jest efektem tego ruchu pierwotnego.
Oddziaływania w fizyce dzielimy obecnie na: silne, słabe, elektromagnetyczne i grawitacyjne. 99% zjawisk widzianych w naszym makro świecie opiera się na oddziaływaniach elektromagnetycznych i to im podlega opisany przykład z prętem. Wchodząc w temat dokładniej możemy przyjąć różne punkty widzenia – fala, siła, ruch. Wszystkie one będą poprawne, o ile nie wyrzekniemy się elektromagnetyzmu u podstaw.
Ciekawą analogią, która się tu nie pojawiła, jest układ hydrauliczny.
Wyobraźmy sobie wężyk napełniony wodą (elektrony). Z jednej strony jest napełniona strzykawka, a na drugim końcu wężyka jest… coś. Na przykład też tłoczek, który może na coś napierać (klocek domina). Kiedy naciskamy tłoczek strzykawki, tłoczek po drugiej stronie wężyka przewróci domino, mimo że cząsteczki wody w wężyku przesuną się o bardzo niewielki odcinek. Nasze oddziaływanie zostało przekazane poprzez cząsteczki wody – podobnie jak przez piłeczki pingpongowe. (*)
Rezystor, który pojawia się w pytaniach, jest w tym przypadku zwężeniem przepływu – zmniejsza się przekrój wężyka, więc zmniejsza się ilość wody przepływającej przez wężyk w określonym czasie (natężenie prądu). Jeśli chcemy uzyskać ten sam efekt końcowy (tzn. przewrócić domino w określonym czasie), musimy mocniej nacisnąć tłoczek strzykawki, tj. zwiększyć ciśnienie (napięcie). Podobnie byłoby, gdyby piłeczki pingpongowe musiały przecisnąć się przez ciasną rurkę, która stawia opór.
Oczywiście, jeśli nie zwiększymy siły nacisku na tłoczek, w końcu i tak przewrócimy domino, ale potrwa to dłużej. Dlaczego? Przewrócenie klocka wymaga przesunięcia pewnej ilości wody, która odpowiednio przesunie tłoczek końcowy.
Analogią jest ładunek elektryczny. Ilość „przesłanego” ładunku jest iloczynem natężenia prądu i czasu. A natężenie prądu jest ilorazem napięcia i rezystancji (zależność ta znana jest jako prawo Ohma).
Innymi słowy – im mocniej naciskamy (napięcie), tym mniej czasu zajmie nam przesłanie pewnej ilości wody (ładunku) na drugą stronę. Im węższy wężyk (większy opór), tym więcej czasu zajmie przesłanie tej samej ilości wody (ładunku). Tempo, w jakim określona ilość wody (ładunku) pokonuje wszystkie przeszkody po drodze, nazywamy natężeniem przepływu (natężeniem prądu).
(*) Dokładniej rzecz biorąc, powinny być to dwa tłoczki połączone dwoma wężykami, tzn. każdy z tłoczków ma wężyk „wchodzący” i „wychodzący”. Tłoczek „wykonawczy” wykona pracę (popchnie domino), a „zużyta” na to woda wróci do źródła „z drugiej strony” (ponieważ ilość elektronów w obwodzie się nie zmienia). Ale dla uproszczenia pomijam to w niniejszej analogii.
Ach tak, analogia hydrauliczna – chyba moja ulubiona i zresztą najpopularniejsza w literaturze (przede wszystkim w podręcznikach z lat 80tych). W wielu innych artykułach również ją stosuję, może nie na zasadzie strzykawki, ale rurociągu i pompy wirnikowej.
„Możesz to sobie tłumaczyć tak, że jak gasisz światło, to elektrony w źródle nagle się zatrzymują, kolejne uderzają w te przed sobą i w ten sposób natychmiast cały łańcuch wytraca energię. Nie jest to wyjaśnienie idealne, ale lepszego chyba nie ma.” Oki rozumiem a jak mogę sobie wytłumaczyć w obrębie tej teorii fakt że elektrony na rezystorze muszą oddawać więcej energii bo jest większy spadek napięcia .Jak to się dzieje że odpowiednia ilość energii trafia tam gdzie trzeba mimo iż nie każdy elektron dociera do rezystora.
Najprościej wyjaśnić to faktem przekazywania sobie przez elektrony energii. Te, które mają łatwiej napierają na te, które mają trudniej, pomagając im nieco i oddając swoją energię.
Jeszcze jedno pytanie.Mimo iż elektrony mają małą prędkość to przy podaniu większej ilości napięcia przy tej samej rezystancji lub zmniejszeniu rezystancji przy tej samej ilości napięcia one będą przyspieszać bo zwiększa się natężenie prądu.Tylko nawet po przyspieszeniu będą dalej płynąć wolno choć ciutke szybciej. Dobrze napisałem?
Dobrze napisałeś. Elektrony są generalnie bardzo powolne. Prawdą jest też, że nie współgra to z teorią „jeden elektron wypływa ze źródła i oddaje energię przez cały obwód”, bo on tego całego obwodu nigdy nie pokona. Możesz to sobie tłumaczyć tak, że jak gasisz światło, to elektrony w źródle nagle się zatrzymują, kolejne uderzają w te przed sobą i w ten sposób natychmiast cały łańcuch wytraca energię. Nie jest to wyjaśnienie idealne, ale lepszego chyba nie ma.
Wiem że ostatnio pisze sporo komentarzy ale po przeczytaniu artykułu znowu pojawił się w mojej głowie pewnien konflikt. W artykule czytamy że przewód jest wypchany elektronami jak kulkami.
Ok to rozumiem wsumie nawet oczywiste .W artykule o spadku napięcia czytamy że elektron każdy i wszystkie razem pokonują obwód płynąc przez poszczególne oporniki i wytrącając energię.
Jak się tak nad tym zastanowić pojawia się pytanie skoro przewód jest wypchany elektronami to część z nich znajduję się za rezystorem blisko potencjału docelowego. Czyli nigdy nie przepłynie przez rezystor i ma krótszą drogę do pokonania a energii niby tyle samo. Jego koledzy zaś którzy znajdują się przed rezystorem muszą przepłynąć znacznie więcej i pokonać przeszkody w postaci rezystorów. Oczywiście opisana sytuacja ma miejsce gdy obwód startuje i rozpoczyna się droga pierwszych elektronów. Wiadomo że chodzi tutaj o elektrony swobodne ale w momencie startu jakby część z nich wybije się z różnych miejsc i jeden zacznie popychać kolejnego ten popychany przede rezystorem przepłynie więcej niż ten który na starcie znajdował się za.
Spoko, komentarze są po to, by je pisać 🙂
Co do tych pierwszych ułamków sekund po uruchomieniu obwodu, to na studiach miałem przedmiot, który się tym zajmował. Fachowo mówimy na to „stany nieustalone”. Są to baaaaardzo krótkie momenty od włączenia obwodu, kiedy to rozpatrujemy co dzieje się z pierwszymi ładunkami.
Kojarzysz może taką sytuację, gdy wkładasz wtyczkę do gniazdka i słyszysz ciche pstryknięcie, albo nawet widzisz, że gdzieś w środku pojawiła się iskra? To jest właśnie przepięcie towarzyszące zamknięciu jakiegoś obwodu. To jest właśnie ten moment, w którym te elektrony, które mają trochę łatwiej, lecą przed siebie bez oporu. Nie trwa to długo, bo elektrony zaraz wpadają na swoich kolegów z przodu (w końcu elektrony tworzą zamknięty obwód, więc siłą rzeczy wpadną w końcu na te elektrony, które były przed odbiornikiem i nie miały tak łatwo).
Stany nieustalone to bardzo ważna kwestia w przypadku wszelkich obwodów bezpieczeństwa i przeciwporażeniowych, gdzie w momencie rozłączenia styków powstają łuki elektryczne (bo część elektronów była na granicy styku i jeszcze chciałaby się z nim zabrać). Jest też bardzo ciekawe zjawisko drgania styków, kiedy to w punkcie zamknięcia styku elektrony zaczynają pędzić tak szybko, że powstaje coś w rodzaju mikroskopijnej eksplozji energii elektrycznej i styk jest odpychany z powrotem. Dzieje się to szybko i wiele razy, stąd „drganie” styku, które staramy się ograniczać. No ale to dość złożony temat, więc trudno powiedzieć kiedy pojawi się na ten artykuł 🙂
Te porównania są tylko wymyślone aby zrozumieć jak działa prąd, czy tak jest w rzeczywistości? Bo jeśli ta druga opcja to ten opis nie zgadza się z opisem z rezystancją, bo przecież jak elektrony się prawie w ogóle nie poruszają, to też nie mogą się zderzać z dużymi prędkościami.
Elektrony nie muszą zderzać się z dużymi prędkościami, bo są ich tryliony, trylionów, trylionów… Tak ogromna ilość zderzeń w ciągu każdej sekundy wystarcza, by oddać potrzebną energię.
No a jak to się ma do puli energii jaką elektron ma na cały obwód. Zanim dopłynie z pierwszej żarówki do drugiej żeby oddać resztę energii to ja zdążę już światło zgasić np w pokoju. Wiemy że elektron musi oddać całą swoją energię. Może głupie pytanie ale mnie ciekwi. Ps wiem że to teoria uproszczona pytam w obrębie właśnie jej.
Bo wychodzi na to że przy tak małej prędkości większość elektronów nigdy nie przepłynie przez żarówkę chyba że się będzie świecić kilka dni albo dłużej.
To w jaki sposób przekazujesz tę wiedzę mnie zaskoczyło. Bardzo wysoki poziom, Nigdy nie pomyslalbym, że elektryczność może być taka ciekawa. Dzięki i powodzenia ?
Artykuł jest dość fajnie napisany, ale brakuje mi tu wzmianki o polu elektromagnetycznym, wiem, że to bardzo uprościłeś, ale prąd właściwie nie płynie poprzez elektrony tylko właśnie przez pole elektromagnetyczne i ludzie też powinni to wiedzieć. Można to poprzeć przykładem z kondensatorem.
Pozdrawiam
Dzień dobry. W ostatnich tygodniach wielokrotnie muszę odnosić się do tego zagadnienia, które oryginalnie zostało poruszone na Youtube przez Veritasium i które wywołało niezła burzę w „elektrycznej” części internetu. W skrócie powiem tak: pole elektromagnetyczne skądś się bierze. Źródłem części magnetycznej są poruszające się elektrony. Bez ich ruchu nie ma pola EM i energia nie płynie. Stąd moim zdaniem u podstaw wszystkiego stoi tenże ruch i to jemu poświęcony jest ten artykuł.
Jeśli chodzi o mój szczegółowy punkt widzenia na tę sprawę (przesył energii polem EM, a ruch elektronów), to najbliżej mi do odpowiedzi zamieszczonej przez kanał ElectroBOOM:
https://www.youtube.com/watch?v=iph500cPK28&t=2s