Эта статья своеобразный ответ на комментарий к моей статье "Куда течет ток? Просто о сложном без занудства". Честно говоря, я люблю читать комментарии к своим статьям, и положительные и отрицательные.
Но некоторые комментаторы просто выбивают из колеи. Например, вот этот. Сначала я думал, что это такая утонченная форма издевательства и не реагировал на него. Но в конце концов я понял, что комментатор не понимает того, о чем я писал в статье, и даже не понимает того, что сам написал в комментарии.
И я задумался, а действительно, хватит ли в медном проводе электронов чтобы обеспечить ток аж в 200 А? О том, что ток течет только в замкнутой цепи и сколько электронов на одном конце "вытекло", то столько же с другого конца "втекло", мы деликатно умолчим.
Но допустим, что имеем дело со сверхкоротким импульсом, таким, что электроны "выдует" из провода, а новые не успевают "набежать". На самом деле такие исследования проводятся, так что ситуация имеет место быть.
Итак, для определенности возьмем медный провод массой 1 кг. Давайте для начала посчитает сколько моль вещества содержится в 1 кг (1000 г) меди. Атомная масса меди Ma = 64 (округленно), см. Периодическую таблицу элементов Д.И. Менделеева. Следовательно, в проводе содержится n = m/Ma = 1000/64 = 15,6 моль.
Как известно из школьного курса химии, в одном моле содержится 6,022 *10 в 23 степени частиц, в нашем случае атомов (закон Авогадро). Значит в нашем проводе содержится 9,4 * 10 в 24 степени атомов меди. Не так уж и мало, согласитесь!
А сколько в нашем проводе электронов? Это легко посчитать. Атомный номер меди, смотрим там же - 29. А это значит, что в ядре атома меди 29 протонов и для компенсации их заряда нужно 29 электронов. То есть в нашем проводе всего 2,7 *10 в 26 степени штук электронов. Мало?
Но, к сожалению, не все из этих электронов нам подходят. Только один из них, самый дальний от ядра атома, так называемый 4s электрон, слабо связан с ядром и может под действием электрического поля перемещаться между атомами. Следовательно, в нашем распоряжении 9,4 * 10 в 24 степени электронов. Хватит ли их нам?
Сколько нужно электронов, чтобы обеспечить ток в 1 А? Сила тока в 1А - это если через сечение проводника в секунду проходит заряд в 1 кулон. Заряд электрона 1,6 *10 в -19 степени Кл. Значит в 1 Кл у нас 6,2 * 10 в 18 степени электронов. Правильно?
Значит за 1 секунду через наш провод нужно прогнать 6,2 * 10 в 18 степени электронов. А чтобы получить ток в 200 А - 1,24 *10 в 21 степени штук электронов. А это 0,013 % от всех доступных нам 4s электронов! То есть, чтобы "выдуть" все 4s электроны из провода нужен ток 1 538 641 А, то есть полтора миллиона ампер!
Если пропустить через медный провод такой ток, то он мгновенно испарится! Но не от того, что из него "утекли" электроны, а из за того, что он разогреется до очень высокой температуры. Ведь электрическое сопротивление хоть и маленькое, но все равно не нулевое. А тепловое действие тока никто не отменял.
В качестве домашнего задания, посчитайте какое количество тепла при этом выделится и какую температуру гипотетически будет иметь медный провод.
Кстати, этот эффект используется сейчас и для получения нанопорошков металлов, оксидов, нитридов и т.д. Это так называемые "электровзрывные" нанопорошки, которые производятся, в частности, в Томске.
К чему я написал эту статью? Не только для того, чтобы развеять очередной миф и заблуждения "жертв ЕГЭ". Я хотел вам показать насколько важно учить современных детей не только тупому запоминанию, какой вариант в каком случае выбирать. Это умеют даже подопытные крысы.
Важно научить детей мыслить, оперировать фактами а не домыслами, анализировать и сопоставлять факты, и наконец логически мыслить. С этой целью я запускаю проект онлайн школы юных радиолюбителей.
В этой школе дети освоят основы радиотехники и робототехники. Научатся конструировать простые и полезные радиоэлектронные устройства, роботов и т.д. Они будут решать нестандартные задачки, подобно этой, по основам физики, математики. Лучшие ученики будут получать грамоты и ценные призы.
Познакомиться с моим проектом на платформе Airfunding вы можете перейдя по этой ссылке. А если вам нравится моя идея и вы готовы хотя бы морально поддержать мой проект, поставьте ЛАЙК!
Я надеюсь, что вы поделитесь с моим проектом в соцсетях. Для этого перейдите по ссылке на проект и нажмите на кнопку [Помоги при помощи распространения].
Ну а если вы готовы сделать реальный вклад в создание школы, нажмите кнопку [поддержать] и перечислить на счет проекта любую, даже самую минимальную сумму денег!