Почему течет ток?

Сообщение №62430 от School 23 июля 2010 г. 02:36
Тема: Почему течет ток?

Отвечают из-за разности потенциалов. Поясните мне пожалуйста.

Вот есть батарейка. В ней разделены заряды - на одном конце избыток электронов (там знак минус), на другой стороне +. Что это - дырки? (это как понимаю верно только для солнечной батареи?) или положительно заряженные ионы? (это для обычной пальчиковой батарейки?). А если это просто электродвигатель, то положительный заряд определен просто низкой концентрацией электронов на одной клемме и переизбытком электронов на другой клемме?

Теперь эти скопления зарядов каким-то образом создают потенциалы. Как они его создают? Но ведь потенциал это градиент векторного поля напряженности. Какое поле рассматривать - внутри батареи или снаружи?

Вот есть два потенциала какого-то непонятного электрического поля батарейки. Теперь замкнули + и - на батареи внешним проводом. Почему электроны с одним потенциалом хотят иметь другой потенциал?

А дырки побегут навстречу электронам по проводу? Их же вроде нет в металле? Т.е. электроны бегут, а положительный заряд локализованный в виде дырки или положительно заряженного иона стоит на месте?

И еще вопрос про солнечную батарею. Вот есть p-n переход. Родился неосновной носитель электрон в p области. Его полем п-н перехода перебросило в n область. Дальше то что с ним происходит? Почему он в провод убегает?


Большое спасибо, если ответите хотя бы на часть вопросов. Просто в классических учебниках физики таким вещам уделяют мало внимания, а мне не совсем понятно :( А определения потенциала как работы которую надо совершить чтобы перенести заряд кажется совсем неуместным, поскольку заряды то сами бегут! Кто над ними работу то совершает? Поле? Зачем оно это делает то?

Такие дела :) Еще раз спасибо за то что прочитали мое сообщение!


Отклики на это сообщение:

Векторное поле напряженности это градиент потенциала. Суть вопроса остается.


> Отвечают из-за разности потенциалов. Поясните мне пожалуйста.

> Вот есть батарейка. В ней разделены заряды - на одном конце избыток электронов (там знак минус), на другой стороне +. Что это - дырки? (это как понимаю верно только для солнечной батареи?) или положительно заряженные ионы? (это для обычной пальчиковой батарейки?). А если это просто электродвигатель, то положительный заряд определен просто низкой концентрацией электронов на одной клемме и переизбытком электронов на другой клемме?

В указанных Вами случаях +заряд получается из-за "низкой концентрации электронов на одной клемме и переизбытка электронов на другой клемме". Т.е. разница между +зарядами решетки металла клеммы и
-зарядами электронов этой клеммы положительна и создает +заряд.

> Теперь эти скопления зарядов каким-то образом создают потенциалы. Как они его создают?

Так же как один элементарный зарад, например электрон, создает вокруг себя электрическое поле Е и потенциал U. Это - "неотъемленное свойство" всякого заряда. Если зарядов много, то их поля суммируются.

> Но ведь потенциал это градиент векторного поля напряженности. Какое поле рассматривать - внутри батареи или снаружи?

Внутри. Точнее, в той точке, где Вы его вычисляете. В разных точках он разный.

> Вот есть два потенциала какого-то непонятного электрического поля батарейки. Теперь замкнули + и - на батареи внешним проводом. Почему электроны с одним потенциалом хотят иметь другой потенциал?

Электроны ничего не хотят. Хотеть может человек или животное.
Электроны подчиняются физическому закону:
если на них действует сила, они двигаются по закону F=m*a.

> А дырки побегут навстречу электронам по проводу? Их же вроде нет в металле? Т.е. электроны бегут, а положительный заряд локализованный в виде дырки или положительно заряженного иона стоит на месте?

Узлы решетки стоят на месте. Электроны двигаются. А +заряд = +узлов - -электронов.
Он (т.е. эта разность) тоже двигается из-за движения электронов.

> И еще вопрос про солнечную батарею. Вот есть p-n переход. Родился неосновной носитель электрон в p области. Его полем п-н перехода перебросило в n область. Дальше то что с ним происходит? Почему он в провод убегает?

Электрон не может в этих условиях родиться. Он всегда есть.

>
> Большое спасибо, если ответите хотя бы на часть вопросов. Просто в классических учебниках физики таким вещам уделяют мало внимания, а мне не совсем понятно :(

> А определения потенциала как работы которую надо совершить чтобы перенести заряд кажется совсем неуместным, поскольку заряды то сами бегут!
Не сами, а под действием поля.
> Кто над ними работу то совершает? Поле?
Да.
> Зачем оно это делает то?
Таково его врожденное свойство.
Вопрос "зачем" здесь неуместен. Он возможен только по отношению к человеку или животному.
Зачем Земля Вас притягивает?:-)
> Такие дела :) Еще раз спасибо за то что прочитали мое сообщение!


> Отвечают из-за разности потенциалов. Поясните мне пожалуйста.

> Вот есть батарейка. В ней разделены заряды - на одном конце избыток электронов (там знак минус), на другой стороне +. Что это - дырки? (это как понимаю верно только для солнечной батареи?) или положительно заряженные ионы? (это для обычной пальчиковой батарейки?). А если это просто электродвигатель, то положительный заряд определен просто низкой концентрацией электронов на одной клемме и переизбытком электронов на другой клемме?

Ну да, разные концентрации.

> Теперь эти скопления зарядов каким-то образом создают потенциалы. Как они его создают? Но ведь потенциал это градиент векторного поля напряженности. Какое поле рассматривать - внутри батареи или снаружи?

И внутри и снаружи, смотря что рассматриваем.

> Вот есть два потенциала какого-то непонятного электрического поля батарейки. Теперь замкнули + и - на батареи внешним проводом. Почему электроны с одним потенциалом хотят иметь другой потенциал?

Это не объясняется.

> А дырки побегут навстречу электронам по проводу? Их же вроде нет в металле? Т.е. электроны бегут, а положительный заряд локализованный в виде дырки или положительно заряженного иона стоит на месте?

В проводе положительный заряд локализован в виде ядер атомов, он если не брать в расчет диффузию, неподвижен. При этом разность концентраций + и - зарядов во всех этих явлениях ничтожна, как хорошо описано у Фейнмана. То же и с разностью концентраций электронов на полюсах батареи. Но и такая малая разность концентраций достаточна для возникновения всех явлений, известных в электротехнике.

Ион в батарее под действием химической реакции отдает или получает электроны. Фокус в том, что при этом меняется степень окисления.
Например, в свинцовом аккумуляторе

PbO2 + Pb + 2H2SO4 <-> 2PbSO4 + H2O,

на одной пластине PbO2 превращается в PbSO4 забирая электроны из проводника, Pb4+ переходит в Pb2+.
На другой Pb превращается в PbSO4 отдавая электроны - Pb переходит в Pb2+.
Баланс энергий таков, что при этом может совершаться работа электронами, бегущими по проводнику.

> Большое спасибо, если ответите хотя бы на часть вопросов. Просто в классических учебниках физики таким вещам уделяют мало внимания, а мне не совсем понятно :( А определения потенциала как работы которую надо совершить чтобы перенести заряд кажется совсем неуместным, поскольку заряды то сами бегут! Кто над ними работу то совершает? Поле? Зачем оно это делает то?

Работу над ними в одну сторону, в другую сторону - они работу совершают. Стремление к минимуму потенциальной энергии это имхо такой принцип, понять который невозможно, это данность.


> Стремление к минимуму потенциальной энергии это имхо такой принцип, понять который невозможно, это данность.

Я думаю, что слово "Стремление" здесь неуместно.
Минимум - это следствие других физических законов. Такое же, как закон сохранения энергии.


> > Стремление к минимуму потенциальной энергии это имхо такой принцип, понять который невозможно, это данность.

> Я думаю, что слово "Стремление" здесь неуместно.
> Минимум - это следствие других физических законов. Такое же, как закон сохранения энергии.

Да ладно Вам, если математик Григорий Михайлович Фихтенгольц употреблял это слово применительно к числовым последовательностям, то почему нам нельзя?


> > Отвечают из-за разности потенциалов. Поясните мне пожалуйста.

> > Вот есть батарейка. В ней разделены заряды - на одном конце избыток электронов (там знак минус), на другой стороне +. Что это - дырки? (это как понимаю верно только для солнечной батареи?) или положительно заряженные ионы? (это для обычной пальчиковой батарейки?). А если это просто электродвигатель, то положительный заряд определен просто низкой концентрацией электронов на одной клемме и переизбытком электронов на другой клемме?

> В указанных Вами случаях +заряд получается из-за "низкой концентрации электронов на одной клемме и переизбытка электронов на другой клемме". Т.е. разница между +зарядами решетки металла клеммы и
> -зарядами электронов этой клеммы положительна и создает +заряд.

> > Теперь эти скопления зарядов каким-то образом создают потенциалы. Как они его создают?

> Так же как один элементарный зарад, например электрон, создает вокруг себя электрическое поле Е и потенциал U. Это - "неотъемленное свойство" всякого заряда. Если зарядов много, то их поля суммируются.

Т.е. электроны находятся в суммарном поле других электронов. И в месте их расположения можно приписать полю потенциал. Выходит там где электронов будет больше - поле будет больше и потенциал будет больше (берем по модулю)? А дальше при замыкании провода в силу вступает необъяснимый, но всем известный принцип минимума потенциальной энергии и электроны бегут на другой конец...

> > Но ведь потенциал это градиент векторного поля напряженности. Какое поле рассматривать - внутри батареи или снаружи?

> Внутри. Точнее, в той точке, где Вы его вычисляете. В разных точках он разный.

> > Вот есть два потенциала какого-то непонятного электрического поля батарейки. Теперь замкнули + и - на батареи внешним проводом. Почему электроны с одним потенциалом хотят иметь другой потенциал?

> Электроны ничего не хотят. Хотеть может человек или животное.
> Электроны подчиняются физическому закону:
> если на них действует сила, они двигаются по закону F=m*a.

А откуда берется эта сила?

> > А дырки побегут навстречу электронам по проводу? Их же вроде нет в металле? Т.е. электроны бегут, а положительный заряд локализованный в виде дырки или положительно заряженного иона стоит на месте?

> Узлы решетки стоят на месте. Электроны двигаются. А +заряд = +узлов - -электронов.
> Он (т.е. эта разность) тоже двигается из-за движения электронов.

Ну вот есть батарейка, на плюсе низкая концентрация электронов на минусе высокая. Соединили плюс с металлическим проводом. В металле электронов много. Они что побегут компенсировать +? Потечет ток? Все мы знаем что нет. Как распределятся концентрации? Из концентрации станут понятны поля и потенциалы.

> > И еще вопрос про солнечную батарею. Вот есть p-n переход. Родился неосновной носитель электрон в p области. Его полем п-н перехода перебросило в n область. Дальше то что с ним происходит? Почему он в провод убегает?

> Электрон не может в этих условиях родиться. Он всегда есть.

Согласен, но вот электрон перешел в зону проводимости, оставив дырку за собой. Он в p области т.е. неосновной, его перекинуло полем к основным. А дальше что? Почему в провод уходит?

> >
> > Большое спасибо, если ответите хотя бы на часть вопросов. Просто в классических учебниках физики таким вещам уделяют мало внимания, а мне не совсем понятно :(

> > А определения потенциала как работы которую надо совершить чтобы перенести заряд кажется совсем неуместным, поскольку заряды то сами бегут!
> Не сами, а под действием поля.
> > Кто над ними работу то совершает? Поле?
> Да.
> > Зачем оно это делает то?
> Таково его врожденное свойство.
> Вопрос "зачем" здесь неуместен. Он возможен только по отношению к человеку или животному.
> Зачем Земля Вас притягивает?:-)

Наверное за тем же, зачем я ее притягиваю :)

> > Такие дела :) Еще раз спасибо за то что прочитали мое сообщение!

И еще раз спасибо!


> > Отвечают из-за разности потенциалов. Поясните мне пожалуйста.

> > Вот есть батарейка. В ней разделены заряды - на одном конце избыток электронов (там знак минус), на другой стороне +. Что это - дырки? (это как понимаю верно только для солнечной батареи?) или положительно заряженные ионы? (это для обычной пальчиковой батарейки?). А если это просто электродвигатель, то положительный заряд определен просто низкой концентрацией электронов на одной клемме и переизбытком электронов на другой клемме?

> Ну да, разные концентрации.

> > Теперь эти скопления зарядов каким-то образом создают потенциалы. Как они его создают? Но ведь потенциал это градиент векторного поля напряженности. Какое поле рассматривать - внутри батареи или снаружи?

> И внутри и снаружи, смотря что рассматриваем.

> > Вот есть два потенциала какого-то непонятного электрического поля батарейки. Теперь замкнули + и - на батареи внешним проводом. Почему электроны с одним потенциалом хотят иметь другой потенциал?

> Это не объясняется.

Жаль :)

> > А дырки побегут навстречу электронам по проводу? Их же вроде нет в металле? Т.е. электроны бегут, а положительный заряд локализованный в виде дырки или положительно заряженного иона стоит на месте?

> В проводе положительный заряд локализован в виде ядер атомов, он если не брать в расчет диффузию, неподвижен. При этом разность концентраций + и - зарядов во всех этих явлениях ничтожна, как хорошо описано у Фейнмана. То же и с разностью концентраций электронов на полюсах батареи. Но и такая малая разность концентраций достаточна для возникновения всех явлений, известных в электротехнике.

Да, про 1% в разности количества электронов вызывающий силу способную сместить землю я читал...

> Ион в батарее под действием химической реакции отдает или получает электроны. Фокус в том, что при этом меняется степень окисления.
> Например, в свинцовом аккумуляторе

> PbO2 + Pb + 2H2SO4 <-> 2PbSO4 + H2O,

> на одной пластине PbO2 превращается в PbSO4 забирая электроны из проводника, Pb4+ переходит в Pb2+.
> На другой Pb превращается в PbSO4 отдавая электроны - Pb переходит в Pb2+.
> Баланс энергий таков, что при этом может совершаться работа электронами, бегущими по проводнику.

> > Большое спасибо, если ответите хотя бы на часть вопросов. Просто в классических учебниках физики таким вещам уделяют мало внимания, а мне не совсем понятно :( А определения потенциала как работы которую надо совершить чтобы перенести заряд кажется совсем неуместным, поскольку заряды то сами бегут! Кто над ними работу то совершает? Поле? Зачем оно это делает то?

> Работу над ними в одну сторону, в другую сторону - они работу совершают. Стремление к минимуму потенциальной энергии это имхо такой принцип, понять который невозможно, это данность.

А потенциальная энергия и потенциал поля это по сути одно и то же?


> А потенциальная энергия и потенциал поля это по сути одно и то же?
Правильный вопрос. Когда-то давно он тут кем-то затрагивался...
Не одно и то-же.
Если у вас имеется заряженная частица только в электрическом поле, то ее потенциальная энергия
равна заряду, умноженному на потенциал поля. (Кстати у электронов заряд отрицательный.)
Но на частицу могут действовать и другие (потенциальные) силы, учет которых приведет к измененному значению потенциальной энергии.


> А откуда берется эта сила?
По-моему вам нужно немного "развернуть" свою.
1.Имеется сила, действующая на заряд. (Пока -- по факту.)
2.Эта сила пропорциональна величине заряда. Следовательно, если на величину заряда разделить, то останется "постоянная" для данной точки векторная величина, которую называют "электрическим полем"
3.Во-первых. Оказывается, что заряды сами создают это поле. Получается, что система из зарядов самосогласованно "действует сама на себя".
4.Во-вторых. Оказывается, что (в статическом случае) электрическое поле потенциально, т.е. вместо векторного поля (3 числа в каждой точке) можно задать скалярный потенциал (1 число в каждой точке) так, что электрическое поле = - градиент потенциала.

> Ну вот есть батарейка, на плюсе низкая концентрация электронов на минусе высокая. Соединили плюс с металлическим проводом. В металле электронов много. Они что побегут компенсировать +? Потечет ток? Все мы знаем что нет.
Ну я бы так не торопился. Побегут компенсировать. И весь провод до самого кончика стане положительно заряжен, ибо в нем будет нехватка электронов.


> > Электроны ничего не хотят. Хотеть может человек или животное.
> > Электроны подчиняются физическому закону:
> > если на них действует сила, они двигаются по закону F=m*a.

> А откуда берется эта сила?

Закон такой есть: F=q*E.
> Ну вот есть батарейка, на плюсе низкая концентрация электронов на минусе высокая. Соединили плюс с металлическим проводом. В металле электронов много. Они что побегут компенсировать +? Потечет ток? Все мы знаем что нет.
Все мы (кроме Вас) знаем что ДА.

> Почему электрон в провод уходит?
На него действует сила F=q*E.
> > >


> > > Стремление к минимуму потенциальной энергии это имхо такой принцип, понять который невозможно, это данность.

> > Я думаю, что слово "Стремление" здесь неуместно.
> > Минимум - это следствие других физических законов. Такое же, как закон сохранения энергии.

> Да ладно Вам, если математик Григорий Михайлович Фихтенгольц употреблял это слово применительно к числовым последовательностям, то почему нам нельзя?

Очевидно, что применительно к числовым последовательностям это слово применяется в переносном смысле.
А употребляя его применительно к электрону, мы получаем вопросы подобные этому:
"Почему электроны с одним потенциалом хотят иметь другой потенциал?(School)"
И ответы подобные этому:"Стремление к минимуму потенциальной энергии это имхо такой принцип, понять который невозможно.(Arseny)"



> Очевидно, что применительно к числовым последовательностям это слово применяется в переносном смысле.

Ну почему, это термин. Все мы человеки и избавиться от человеческого не получится, да и не нужно. Оси на графике, например, унаследованы от изображения стрелы, а ведь мало кто сейчас стреляет из лука. Ну и что.

> А употребляя его применительно к электрону, мы получаем вопросы подобные этому:
> "Почему электроны с одним потенциалом хотят иметь другой потенциал?(School)"
> И ответы подобные этому:"Стремление к минимуму потенциальной энергии это имхо такой принцип, понять который невозможно.(Arseny)"

Мне кажется, в такой дискуссии это не страшно - антропоморфизм и разные аналогии сравнение с льющейся водой, толпой людей и т.п. Лишь бы стало немного понятнее. А там уже нужно исходить из требуемой строгости изложения.


Физика в анимациях - Купить диск - Тесты по физике - Графики on-line

Реклама:
Rambler's Top100