Совсем недавно я написал статью под названием: Что такое электрический ток и напряжение простым объяснением. Без пустых аналогий с водой.
Из общения, в комментариях, с подписчиками. Я понял, что допустил ошибку, потому что недооценил любознательности современных интернет пользователей, и сильно упростил свое объяснение. Не рассказав о самой интересной части, о той про которую умалчивают учебники по физики и определения терминов из интернета. А именно,как можно догадаться из названия, почему электрический ток такой быстрый.
С самого начала отвечу на вопрос, поставленный мною в название. Электрический ток не двигается быстрее скорости света, его скорость очень большая, но всегда чуть меньше максимального предела. И вообще, ни что не двигается быстрее скорости света.
Эта статья не является опровержением или альтернативой тому понятию электрического тока, которому вас учили в школе, училищах, колледжах и университетах. Это продолжение и развитее классического понимания сути электричества. Если вы где-то слышали, что энергию переносят не заряженные частицы, а электрическое поле. Не спешите ставить под сомнение классический вариант. Одно является продолжением второго, и сейчас мы об этом поговорим.
Рассматривать будим, как и в прошлый раз, медный проводник в виде проволоки. На самом деле электрический ток может перемещаться не только в металлах, но и в жидкостях и даже в газах. Об этом сейчас говорить не будем, чтоб сильно вас не путать, но иметь в виду это нужно.
Итак, вернёмся к классическому определению понятия электрический ток. Подробно о том, что это такое, я рассмотрел в предыдущей статье. Если коротко, то это движение в одном направление заряженных частиц. В случае с медным проводником, это отрицательно заряженный электрон, находящийся на самом внешнем энергетическом уровне и имеющий настолько слабую связь с положительно заряженным ядром, что периодически с нее слетает и занимает место на внешнем энергетическом уровне другого ядра (соседнего атома).
Представить электрон можно в виде чего угодно, все равно его никто не видел, и точно объяснить, как выглядит, а тем более изобразить графически не сможет. Лично я сторонник планетарного представления строения атома. Такая интерпретация является классической и на данный момент, по моему мнению, самая простая для понимания.
Тут самое время задастся вопросом, что это такая за сила, которая пытается удержать электрон в атомах, на своем месте. Да и вообще, почему положительно заряженные протоны, из которых состоит ядро, притягивают отрицательно заряженные электроны.
Все дело в электрическом поле, которое образуется вокруг всех зарядов, без разницы, положительные или отрицательные, находящиеся в движение или в покое.
Не путайте электрическое и магнитное поле это разные явления. Тут можно выделить одно из главных отличий электрического поля от магнитного. Электрическое поле, как я уже сказал выше, образуется вокруг любого заряда, а магнитное только вокруг движущегося заряда. Еще большая разница в том, что магнитное поле как бы закольцовано. А электрическое имеет центр в виде заряда, который его образовал, и расходится в разные стороны, со временем ослабевая.
Все знают, что разноименные заряды притягиваются друг к другу, а одноименные отталкиваются. Вот и получается, что положительно заряженное ядро притягивает к себе отрицательно заряженные электроны, которые покорно держатся на орбите вокруг своего ядра. Все кроме самого крайнего, так называемого свободного электрона. Он прыгает от одного ядра к другому в случайном порядке, а вместе с ним прыгают и другие таки же электроны. Встретится, они не могут, они же имеют одинаковый заряд, поэтому держатся друг от друга на расстояние.
Теперь представим, что наш медный проводник попал в подвижное магнитное поле, которое заставило все свободные электроны двигается в одном направление с одинаковой скоростью. При замыкание нашего проводника образуется то, что мы называем электрическим током.
Только в чем загвоздка, скорость движения этих электронов очень маленькая. А как мы все знаем, электрический ток распространяется по проводам, мгновенно.
Все дело в электрическом поле вокруг каждого заряда. Когда заряды двигаются в разные стороны, то и линии электрического поля направленны в хаотичном направление. Но стоит зарядам выстроиться в одном направление, как линии электрического поля смогут образовать одно непрерывное поле. Которое будет распространяться вдоль провода, с очень большой скоростью, по которому не спеша двигаются свободные электроны.
С ходу такое представить будет немного сложно, но я попробую привести пример для примерного представления как это устроено. Пример моего личного авторства, поэтому прошу не судить строго.
Представите коридор, в котором не очень плотно расположены люди. Они двигаются в случайном направлении, как им захочется вдоль или поперек коридора. Само собой они друг в друга не врезаются. Скорость у них не большая, равная примерно скорости человека, который никуда не спешит. Вдруг, в начале коридора, самому крайнему человеку кто-то говорит, чтоб он двигался в одном направление, и передал это следующему, а тот следующему.
В итоге люди начнут двигается в одном направление со своей обычной скоростью. Не сложно догадается, что в моем примере люди это свободные электроны, а информация о том, что им нужно начать двигается в одном направление, это электрическое поле.
Точно так же, как информация о начале движения в одну сторону, среди людей, распространилась в сотни раз быстрее, чем сама скорость движения людей. Так же и электрическое поле распространяется мгновенно, по сравнению со скоростью движения электронов.
Очень важное примечание, если сравнивать движение людей по коридору, с электрическим током. То нужно обеспечить замкнутый коридор, чтоб люди прошедшие его полностью, смогли начать свое движение заново. Ведь электрический ток появляется только в замкнутом контуре.
Распространение электрического поля выходит за пределы проводника, по которому двигаются заряды (электроны). Если вам будет так понятнее, то звук голоса, когда один человек передает инструкцию о движении другому. Будет слышен за пределами коридора, (представим, что стены очень тонкие). И чем дальше от коридора, тем тише будет звучать инструкция. Пусть даже там нету людей, которые смогут ей воспользоваться, как и нету свободных электронов за пределами проводника.
Подводим итог. Скорость распространения электрического поля очень большая, но она не может превысить максимальный предел скорости в нашем мире. Который равен скорости света. Сам факт того что электричество появляется в проводах мгновенно. Ни как не противоречит тому, что носители заряда, в случае с медным проводом это свободные электроны, двигаются довольно медленно. Электрический ток это по-прежнему, движение в одном направление заряженных частиц. Просто «инструкция о начале движения в одном направление» - электрическое поле. Распространяется со скоростью чуть меньше чем скорость света.
Надеюсь что я, приведя свой пример, ответил на вопросы, поставленные в начале статьи. Спасибо что прочитали, ставите лайк. Оставляйте комментарий и подписывайтесь на канал. Впереди выпуск похожих статей.