Из курса физики известно, что электрические поля распространяют свое действие в материальных телах (в проводниках, в частности) со скоростью света. Иногда этот показатель называют скоростью перемещения тока, что не совсем корректно. Правильней будет сказать, что ток по проводам течет, а в э/м поле перемещаются переносящие отрицательный заряд электроны (фото ниже).
Особенности движения электронов в различных структурах
Особенность полевого процесса, называемого электрическим током, состоит в следующем:
- Действие э/м поля, вызывающее смещение электронов от своего первоначального положения, распространяется со скоростью, близкой к световой.
- При этом свободные (или смещенные со своих постоянных орбит) носители заряда совсем не "летят" по проводнику с такой невероятной для нашего восприятия быстротой.
- Они лишь немного смещаются в пределах кристаллической решетки, передавая начальный импульс поля соседним элементам структуры металлического проводника.
- Те в свою очередь также немного перемещаются в сторону плюсового вывода и так далее.
- Именно этот импульс и передается со скоростью света с одного конца провода на другой.
Важно! Данным обстоятельством и объясняется тот факт, что в изоляторах ток либо совсем не течет, либо его величина и направление ограничены определенными условиями (как в полупроводниках).
Из-за отсутствия в них свободных электронов (или их мизерного количества) материальная основа-носитель для передачи полевого импульса в этих веществах отсутствует. Поэтому и ток, как направленное движение электронов в изоляторах не протекает.
Скорость перемещения электронов
При воздействии э/м поля на элементы кристаллической решетки некоторые электроны, ранее вырванные со своих орбит, в каких-то пределах "блуждают" по проводнику. По результатам специально проведенных исследований было установлено, что скорость их движения в сторону положительного полюса не превышает нескольких миллиметров в секунду.
Дополнительная информация: Она зависит от концентрации свободных носителей в проводнике, от площади его сечения, а также от заряда электрона и величины тока Специалисты назвали ее дрейфовой скоростью.
Понять принцип такого перемещения можно на примере насоса, перекачивающего воду, очень часто применяемого для объяснения сути электрического тока.
При включении оборудования импульс упругой водной среды мгновенно распространяется до крана, после чего она начинает течь в раковину. Это совсем не означает, что порция воды с загородной водораспределительной станции мгновенно достигла вентиля пользователя (фото ниже).
Она просто передела исходный импульс от подкачивающего насоса следующему слою, а тот – последующему и так далее. С высокой скоростью передается именно этот инициирующий давление импульс, смещая каждый из последующих слоев и вызывая моментальный ток жидкости из крана пользователя.
Переменный ток
Ситуация с переменным током отличается от уже рассмотренного варианта лишь тем, что исходная движущаяся сила постоянно меняет свою направление с частотой 50 раз в секунду или 50 Гц (фото ниже).
С этой же периодичностью смещаются электроны в теле проводника, успевая за доли секунды переместиться на доли миллиметра. Если возвратиться к аналогии с водяным насосом – здесь также все объясняется довольно просто.
При разъяснении принципа смещения водных масс следует представить себе гипотетическую ситуацию, когда насос меняет направление прокачки жидкости 50 раз в секунду. В этом мысленно представляемом случае вода с той же частот будет подтекать к крану пользователя и оттекать от него.