Помогите понять электричество

[FanAizu]

Ещё только начинаю постигать всё в школе, но уже очень хочу понимать всё хотя бы про электричество, но многое непонятно. Помогите, пожалуйста! Вот какое на данный момент представление:
Атомы состоят из электронов, протонов, нейтронов. Количество электронов равно количество протонов. Электрон можно оторвать и тогда у нас будет отрецательно заряженный электрон и положительно заряженный ион. Если на одном конце проволоки собирать электроны, а на другому конце положительно заряженные ионы, то у нас появляется разность потенциалов, иными словами напряжение. В проводнике имеются свободные электроны. Это такие электроны, которым дай немного энергии и они оторвутся от атома. Из-за разницы потенциалов все те электроны, что скопились на одном конце проводника начинают бежать по проводнику. Чем больше электронов мы накопили на одном конце проволоки, тем больше электронов будут пытаться пройти через проводник одновременно, поэтому сила тока растёт. Теперь у меня появился вопрос. Оплату электричества производят за количество потреблённых ватт. Тут начинается полное непонимание. P = I * U. Мощность равна количеству электронов, бегущих в проводнике в секунду, умноженные на разность в количестве электронов на двух полюсах? Это же бред какой-то. Расскажите, что я не правильно понимаю. и про мощность расскажите, пожалуйста, понятным языком. я не профессор, а всего лишь школьник, пожалуйста, доступным языком! И, если можно, про ЭДС. Что оно делает я понимаю, поддерживает разность потенциалов, то есть на одном полюсе собирает электроны, а на другом выдергивает их из атомов. Но как выглядит это эдс не понимаю. Помоги, пожалуйста, с детсва хочу понять, но никто доступно не объяснит! Заранее благодарю!
Название темы изменено, поскольку оно ни в коей мере не соответствовало Правилам форума. Всё-таки Новый Год, а юноша задал серьёзный вопрос.. Сэр Мурр

[rustot]

ну да, разницу в плотности заряда, то есть силу действующую на электрончики, помножить на их поток в единицу времени. а чем это непохоже на мощность? в механике мощность так же выглядит

'эдс' никак не выглядит и сама по себе не существует в материальной форме как допустим 'заряд' или 'ток', это просто количественная оценка разности в плотности заряда полученной каким либо образом. в разных случаях описывает разные явления. допустим изменяющееся магнитное поле действует на электроны с какой-то силой, они сдвинутся к одному краю проводника пока эта сила не уравновесится силой их отталкивания друг от друга. возникшая разница в плотности электронов это и есть эдс которая характеризует эти силы

потенциал в точке пространства это потенциальная энергия заряда в это точке, разница потенциалов соответственно разница в двух точках. если обе точки принадлежат проводнику это еще называют напряжением. любое перемещение заряда меняет все потенциалы в пространстве, устройство поддерживающее разность потенциалов неизменной в двух точках несмотря на движение зарядов и есть источник эдс.

ps. разность потенциалов в виде разной плотности зарядов это только частный случай в привычных электрических цепях с проводами. она может принимать множество других форм. она может существовать и вообще в отсутствие зарядов в этих точках, при наличии только поля. или например 2 совершенно нейтральных проводника в электрическом поле могут обладать разным потенциалом и если их соединить проводом, то по нему протечет ток и тогда плотность зарядов станет разной а потенциал наоборот одинаковым, а при исчезновении поля появится обратная разность потенциалов, уже за счет разной плотности зарядов

[РЛС]

Ещё только начинаю постигать всё в школе, но уже очень хочу понимать всё хотя бы про электричество, но многое непонятно. Помогите, пожалуйста!..

Почитай эту книжку, оч хорошая сам по ней учился http://sunduk.radiokot.ru/loadfile/?load_id=1286690307

[Necroteeth]

а я думаю, что Рудольф Анатольевич Сворень - более интересная книжка в плане теории...
вообще, если вкратце простыми словами, то ток - это количество электронов, которые бегут по проводнику, а разность потенциалов - это то, насколько их больше было в том месте, где они были, по сравнению с тем, куда пришли. грубо можно сказать, что это скорость бега электронов

[караим]

Удобно сравнивать с потоком воды (почти полный эквивалент)
Берём водопад - высота водопада - это напряжение, кол-во воды в секунду - ток. Если водопад крутит колесо, то для "качества кручения" важна и высота, и кол-во воды/сек. Т.е. можно увеличить высоту и уменьшить поток воды (или наоборот) так, что колесо будет крутиться с той же скоростью (та же мощность). Та же аналогия со сжатым газом.

[FanAizu]

Да всё это отстой с водой с трубой и прочими аналогиями. На уровне "чайника" этого вполне достаточно даже инженеру, чтобы собирать схемы. Я же преследую другую цель - понять почему электроны бегут и как они это делают. Уже кучу книг вкурил, у многих спрашивал, но ответы бональнейшие "из-за разницы потенциалов" или "представь себе воду с трубой". Да я понимаю такие простые аналогие, но это ни капли не объясняет почему течёт ток. Разность потенциалов? ну и что? на марсе тоже возможно есть вода и может даже много, а на Земле её мало, но она же не течёт на Землю. Ну неужели на форуме посвящённом электронике нету тех, кто шарит на уровне электронов? ОТЗОВИТЕСЬ! мяу... Вот моё самое последнее понимание картины на уровне электронов после прочтения ещё одной книжки:

Электростатическая индукция - это явление, когда к одному телу, заряженному нейтрально, поднести другое тело, например заряженное положительно. В результате на первом теле на стороне, которая ближе ко второму соберутся электроны, а на дальнем конце этого же тела соберутся положительные ионы(хотя дальше автор говорит, что когда атом теряет электрон, то получившийся в результате положительный ион остаётся в теле на своём же месте. Ну и чему блин верить?) Будем считать, что всё же положительные ионы двигаются к дальней от второго тела стороне первого тела. Момент пока электроны и положительные ионы выстраиваются в первом теле по разным сторонам этого тела и есть ток, согласны? Движение этих частиц упорядоченное, а значит идёт ток. Чем больше величина заряда на втором теле, тем больше на первом теле с разных сторон соберется разных зарядов. В диэлектриках же свободных электронов мало, то есть электроны тяжело оторвать. Поэтому если на диэлектрик навести например тело с положительным зарядом, то на диэлектрике очень очень мало электронов соберется на одной стороне тела и очень мало положительных ионов на другой стороне. Всё ли верно в моём рассказе? Дальше продолжу после ваших ответов. И пожалуйста, не надо труб, воды, работы и мощности, все эти вещи оставьте для физиков, не в обиду, просто уже столько сил потратил, чтобы понять электричество, но стою на одном и том же месте. Хотя больше, чем уверен, что эта тема проста, проще, чем контроллер с его регистрами, алу и инструкциями процессора. Когда знаешь основы, то потом легко понимать фундаментальные вещи. А с понятием работа, мощность дальше, чем в ращётах по формулам не уйдешь. Да ты по формулам получишь почему, если подать на базу транзистора небольшой ток, то от имитера к по-моему колектору потечет большой ток, но ты не будешь знать поччему так происходит. А я хочу знать, поэтому знающие люди, будьте так любезны ПОМОГИТЕ ;( Устал уже от чтения литературы, пора бы и понимать начать. Будьте любезны выделите немного времени, дайте номер icq или любую другую возможность связаться.

[Axe]

Ты писал:В
результате на первом теле на
стороне , которая ближе ко
второму соберутся электроны, а на
дальнем конце этого же тела
соберутся положительные ионы
( хотя дальше автор говорит, что
когда атом теряет электрон, то
получившийся в результате
положительный ион остаётся в
теле на своём же месте . Ну и чему
блин верить?). Объсняю в электродинамике есть понятие ДЫРКИ - свободное место на орбите иона им условно дан заряд плюс они-то как раз и двигаются от плюса к минусу. А ионы тем временнем остаются на месте.

[FanAizu]

Эта самая дырка она физически существует, например, как электрон? обладает массой или еще чем-нибудь? или свободное место на орбитали решили называть дыркой и все тут? Если дырка не существует физически, то как она может двигаться? То есть то чего не существует не может двигаться. Если же она физически существует и имеет заряд +, то, если у атома забрать электрон, то в положительном ионе заряд будет +2, а не +1.

[rustot]

коротко если все неохота читать: электроны бегут потому-что какая-то внешняя сила один из них сдвинула, это повлияло на силу отталкивания всех других электронов от сдвинутого и они начали менять положение, что также изменило баланс сил каждого по отношению к каждому. и они продолжают двигаться так чтобы снова достичь равновесия и по инерции тоже. все собственно. а подробности ниже

есть заряды, есть кулоновское взаимодействие между ними, есть ограниченная скоростью света скорость распространения этого взаимодействия. все, это объясняет все являения электро/мангнито статики/динамики кроме внутриатомных процессов. электрические и магнитные поля это понятия введенные для облегчения расчетов, производные от кулоновских сил, можно все объяснить все без них, но формулы будут огого.

итак батарея, химические процессы в ней разделяют атомы на ионы и растаскивают различные заряды с какой-то силой в заданных направлениях. эти противоположные заряды скапливаются в металле контактов батареи, отрицательный заряд это электрон, положительный это атом с отсутствующим электроном, подвижный или неподвижный. скапливаясь в металле контакта заряды увеличивают плотность избыточного заряда в нем, создавая электрическое поле, которое препятствует притоку новых зарядов того же знака, сила препятствования называется потенциалом, он зависит от количества избыточного заряда, скопившегося в проводнике, его формы и размеров (коэффициент связывающий заряд и потенциал называется емкостью), потенциал определяет сколько энергии нужно потратить (в данном случае химическим реакциям) чтобы задвинуть в этот проводник еще один заряд из места с меньшим потенциалом (внутренностей батареи). как только плотность заряда а значит потенциал достигают такой величины что сила поля сравнивается с силой которую прикладывают к ионам химические реакции, процесс останавливается. на противоположном контакте батареи этот процесс идет зарядами противоположного знака. мы имеем батарею, на контактах которой скопились избыточные заряды разных знаков, образующих потенциалы +1в и -1в (или +100 и +98 если батарея имела изначально избыток заряда какого-то знака, но это имеет на самом деле небольшое значение). в воздухе окружающем батарею создается статичное электрическое поле, определяемое разностью потенциалов и формой и размерами контактов (я их постоянно упоминаю, потому-что потенциал и поле вещи разные, взаимосвязанные но принципиально разные, пипка на конце батареи и метровый кусок жести одного потенциала 1в создают на расстоянии поле сильно разной величины, а общее между ними то что в одном случае поле сильное но быстро убывает в другом слабое но убывает с расстоянием значительно медленнее, а вот если его просуммировать на разных расстояниях то получится одна и та же сумма, это и есть потенциал)

теперь мы замыкаем контакты батареи между собой куском меди. в меди первоначально число положительных и отрицательных зарядов равно, значит потенциал нулевой. у нас получается контакт проводника батареи с избытком заряда одного знака и края проводника с нейтральным потенциалом. это означает существование поля, стремящегося выровнять плотность зарядов, передвинуть из области с повышенной плотности (ненулевым потенциалом) в область с нулевым потенциалом. симметричный процесс происходит с зарядом другого знака на другом конце провода. стекание части избыточного заряда внутри батареи умеьшает их потенциал, силу поля внутри батареи которая препятствовала химическим реакциям, и последние возобновляются опять двигая заряды в контакты и стремясь повысить потенциалы до +-1в, в это время в меди заряды продолжают перераспределяться по ее объему, в центре положительные и отрицательные встречаются и уничтожают друг друга (вспомним что один из них электрон, а другой атом с отсутствующим электроном) в итоге в центре проводника избыточный заряд отстутствует а к концам повышается до потенциала контактов батареи. и этот процесс бесконечен пока процессы внутри батареи продолжают растаскивать заряды к контактам, преодолевая силы поля.

перераспределение плотности заряда по проводнику идет медленно с точки зрения каждого отдельного заряда, вовсе не со скоростью света, а миллиметры в секунду. но единственный электрон перелетевший с контакта батареи на край проводника создает там избыток заряда и поле, это поле со скоростью света добирается до всех других зарядов и они тоже начинают двигаться и тоже создавать поле, поэтому отдельный заряд движется медленно, а вот плотность зарядов по всей длине проводника меняется со скоростью света. так же как когда мы толкаем длинную палку, мы упираемся только в крайние атомы, а те уже через поле воздействуют на следующие, те двигаясь опять полем двигают следующие и вся палка начинает двигаться почти одновременно

если плотность может перераспределиться почти мгновенно то почему она не становится мгновенно одинаковой на всем протяжении проводника, а сохраняет разную плотность на соседних участках? а это есть омическое сопротивление, в сверхпроводнике именно мгновенно бы все и перераспределилось (опустим пока скорость света и релятивистские эфекты, которые сжимают с точки зрения движущегося заряда пространство, вызывая тем изменение сил и такие необычные эффекты, которые известны нам как действие якобы самостоятельно существующего магнитного поля. а то совсем все запутается), на всем протяжении проводника была бы одинаковая плотность и нулевой потенциал, а батарея двигая ионы не испытывала бы никакого сопротивления от поля и перемещала бы столько заряда сколько позволяла бы суть химических реакций. а омическое сопротивление означает что заряд только начав ускоряться полем тут же натыкается на препятствие и вся его набранная энергия переходит в хаотическое перемещение его и того с кем он столкнулся, в энергию этого хаотического перемещения, известную как тепло. постоянные разгоны и остановки приводят к тому что плотность перераспределяется медленно, средняя скорость перемещения зарядов убывает. удельное сопротивление материала величина обратная времени релаксации заряда, то есть времени за которое он в результате столкновений забывает куда его пытались заставить двигаться

[rustot]

'движутся положительные и отрицательные заряды' и 'что происходит в атоме' вещи сильно разные и прекрасно абстрагируются друг от друга, их можно изучать независимо друг от друга. чтоб вникнуть в электродинамику достаточно понятия плотности зарядов, совершенно не вникая как это выглядят на уровне атома и что именно перемещается в пространстве физически когда мы говорим о перемещении заряда. рассамтривать работу катушки индуктивности на уровне внутриядерных процессов бессмысленно, займет всю жизнь. отдельно абстракный заряд, отдельно как он устроен внутри, одновременно и то и другое пытаться осмыслить не нужно.

[FanAizu]

Правильно ли будет следующее суждение: механическая работа показывает сколько энергии передается телу при воздействие на тело на протяжение участка длинной s. То есть по окончанию воздействия тело получила энергию в виде скорости. Напряжение же показывает сколько энергии будет передано электрону пока он перемещается из одной точки в другую или же напряжение показывает сколько энергии нужно затратить, чтобы переместить электрон из одной точки в другую?

[rustot]

Правильно ли будет следующее суждение: механическая работа показывает сколько энергии передается телу при воздействие на тело на протяжение участка длинной s.

либо уберите из определения длину либо добавьте силу, тогда оба варианта будут верны:

механическая работа показывает сколько энергии передается телу при воздействие на него (неважно как долго или на каком расстоянии или с какой силой)

механическая работа показывает сколько энергии передается телу при воздействие на него постоянной силой F на расстоянии S (частный случай конкретных рассчетов работы. можно через силу время и массу или еще множеством способов)

То есть по окончанию воздействия тело получила энергию в виде скорости.

необязательно в виде скорости. если вы сумку на третий этаж тащите то и в виде потенциальной энергии. если волочите ее пополу то и в виде тепловой

Напряжение же показывает сколько энергии будет передано электрону пока он перемещается из одной точки в другую или же напряжение показывает сколько энергии нужно затратить, чтобы переместить электрон из одной точки в другую?

это почти одно и то же. если в формулировке 'если электрон переместился БЫ в точку с другим потенциалом (мысленный эксперимент)' то однозначно одно и то же. но 'если электрон переместить в точку с другим потенциалом' то есть реально, то процесс его перемещения может привести в подвижкам других зарядов, что приведет к тому что вы затратите X а электрону достанется Y, а остальное уйдет другим зарядам и изменению всех потенциалов, включая тот куда вы его двигали. тогда работа потраченная и энергия приобретенная эдектроном не равны, работа будет равна росту потенциальной энергии всей системы. потенциал вообще энергетическая характеристика, систем из двух электронов обладает потенциальной энергией, то есть если их отпустить и дать разлететься в бесконечность она превратится в сумму их кинетических энергий. если эту потенциальную энергию поделить на заряд то получим просто обезличенный потенциал. типа как от потенциальной энергии mgh убрать m и получить обезличенное gh, которое даст значение энергии только если подставить массу.

примером такой системы является проводник. такая клетка не дающая зарядам разлететься. но они пытаются и потому скапливаются только на поверхности проводника. и скапливаются таким хитрым образом что потенциал любой точки поверхности проводника одинаков, потенциал системы равет потенциалу его поверхности. поэтому потенциал проводника это та энергия которую нужно потратить чтобы доставить единичный заряд до его _поверхности_. а принеся этот единичный заряд вы увеличите потенциал на 1/C, где C емкость - величина характеризующая как именно заряды распределяются по поверхности проводника. пропорциональна его линейным размерам и сложно зависит от его формы. если вы перенесете электрон на маленький шарик вы увеличите его потенциал на миллион вольт, а если на большой то на миллионную долю вольта. потому-что во втором случае остальным зарядам придется подвинуться лишь на микроскопическое расстояние чтобы восстановить баланс сил, а значит поверхностная плотность заряда тоже возрастет микроскопически а значит микроскопически возрастет и поле у этой поверхности а значит и энергия нужная чтоб задвинуть туда следующий заряд. если же вы попытаетесь задвинуть заряд в _точку_ где уже есть другой заряд то придется приложить бесконечную силу, значит потенциал этой точки был бесконечен