Помогите понять электричество.

[FanAizu]

Пожалуйста прочтите и прокомментируйте везде, где неправильно! Заранее благодарю.

Если тело обладает зарядом, то вокруг него образуется электрическое поле. Поля воздействуют на заряды, находящиеся в этом поле. Воздействие на заряды проявляется в притягивание или отталкивание этих зарядов. Чем больше величина заряда, тем сильнее электрическое поле, то есть тем больше напряжённость поля, то есть поле с большей силой притягивает или отталкивает заряды, находящиеся в поле. Силовые линии показывают направление воздействия поля. В положительных зарядах силовые линии выходят из заряда, то есть я так понимаю поле выталкивает помещённый в в поле заряд. В отрицательных зарядах силовые линии входят в заряд, то есть поле притягивает заряд, помещённый в него. Поясните по поводу силовых линий, так как я уверен, что неправильно описал их.

Теперь вот ещё:
Если я подключу проводник к полюсу с положительным зарядом, то ток побежит к этому полюсу, чтобы нейтрализовать положительный заряд? Или же надо, чтобы с одной стороны было поле, образованное положительным зарядом, а с другой стороны поле, образованное отрицательным зарядом? Поясните, пожалуйста, на апельсинах, чтобы я понял, пожалуйста!

[AndreyMiller]

Здравствуйте!

Силовые линии показывают направление воздействия поля. В положительных зарядах силовые линии выходят из заряда, то есть я так понимаю поле выталкивает помещённый в в поле заряд. В отрицательных зарядах силовые линии входят в заряд, то есть поле притягивает заряд, помещённый в него. Поясните по поводу силовых линий, так как я уверен, что неправильно описал их.

Верно, только надо оговорить что в поле вы помещаете положительный заряд. Тогда положительно заряженное тело его оттолкнет от себя а отрицательно заряженное тело притянет.

Теперь вот ещё:
Если я подключу проводник к полюсу с положительным зарядом, то ток побежит к этому полюсу, чтобы нейтрализовать положительный заряд? Или же надо, чтобы с одной стороны было поле, образованное положительным зарядом, а с другой стороны поле, образованное отрицательным зарядом? Поясните, пожалуйста, на апельсинах, чтобы я понял, пожалуйста!

Хотите на апельсинах? Вот вам апельсины:

Положительный полюс будет насосом который засасывает апельсины, отрицательный полюс будет апельсинным конвеером (ну или то что подает эти апельсины), проводником будет трубка наполненная апельсинами.

Теперь введём важное условие: на концах каждого из устройств стоит шлюз который открывается лишь только когда к нему присоединят другое устройство, в другом случае апельсины вываляться. Воздух может проходить по трубке в не подключённом к чему-нибудь состоянии, но не апельсины. Это послужит нам аналогом электрической проводимости.

Теперь ваш вопрос. Побежит ли ток по проводнику (покатятся ли апельсины по трубе ) к положительному полюсу (насосу) подсоединив положительный полюс (насос) к проводнику (трубке с апельсинами)? Ответ, да побежит (покатятся), однако ток будет кратковременен так как апельсины рано или скоро кончатся. Все что произойдет с проводником - у него появится на свободном конце положительный полюс с напряжением (давлением), какое было на полюсе (насосе) до подсоединения одного к другому. То есть он будет готов засасывать апельсины когда к нему подсоединят апельсинный конвеер (отрицательный полюс).

[FanAizu]

Спасибо, значит у меня более менее правильное представление о токе. Теперь я бы хотел рассказать ещё более углубленно, как я всё это представляю, будьте добры те, кто разбирается в электричестве на уровне электронов, прокомментируйте, что правильно, а что нет. Буду безумно благодарен!!! И простите за сложный язык, которым всё описываю, просто хочу до последней детали понимать так это или нет!

Итак начну с зарядов. Существует два заряда положительный и отрицательный. Положительный обладает свойством притягиваться к отрицательному, а отрицательный к положительному. А одноименные отталкиваются. Заряды обладают электрически полем, то есть заряды воздействуют на ддругие заряды. Чем ближе один заряд к другому, тем больше сила воздействия на этот заряд, иными словами больше напряжённость. Атомы состоят из этих зарядов. например атом водорода состоит из одного положительного и одно отрицательного заряда. Заряды бы прилипли друг к другу т.к. они притягивают друг друга, но поскольку отрицательный заряд(его носитель электрон) вращается с огромной скоростью вокруг положительного(носитель протон), то отрицательный заряд не падает на положительный. Так как величина воздействия(напряжённость) на заряд помещённый в электрическое поле другого заряда уменьшается с расстоянием до заряда, то в атомах например железа, где несколько орбиталей, напряжённость крайне мала. Иными словами, чем дальше находится электрон от протона, тем слабее они удерживают друг друга. Если например у водорода, у которого один электрон, забрать этот электрон, то мы получим положительный ион. Если поднести к этому иону вплотную атом железа, то ион водорода заберёт электрон у атома железа. Это происходит потому, что расстояние от протона иона водорода до электрона на последнем энергетическом уровне атома железа, чем расстояние от протона атома железа до этого же электрона.
Теперь про суперпозицию. Есть заряд А(положительный) и заряд Б(отрицательный). Заряд Б помещён в электрическое поле заряда А. Чем дальше находится заряд Б от заряда А, тем слабее заряд А будет притягивать заряд Б. Иными словами напряжённость уменьшается с расстоянием от заряда. Если в одном месте накапливать например положительный заряд, то напряжённость вокруг этого скопления будет возрастать. То есть если в это поле поместить отрицательный заряд, то он будет притянут с большей силой, чем заряд, помщённость в поле единичного заряда. Это и есть принцип суперпозиции, то есть напряжённость в точке равна сумме напряжённостей зарядов.
Накопив в одной точке ТУЧУ положительного заряда, прямо из всех щелей прёт этот заряд, а вплотную к этой тучу положительного заряда разместили воздух. В результате через воздух пойдёт электричество, то есть молекулы воздуха будут отдавать электроны. Хотя и говорят, что воздух диэлектрик, на самом деле НЕТ веществ, которые бы не проводили ток, просто нужно скопить большое количество заряда в одном месте, чтобы суммарная напряжённость этого скопления зарядов превысила напряжённость, которая действует на электроны веществ.

Теперь о токе в проводниках. Мы скапливаем на положительной клеме положительно заряженные ионы. К этой клему подсоединяем железную или медную проволоку. Напряжённость электрического поля положительной клемы(точнее заряда, который на ней) с расстоянием уменьшается, то есть тот конец проволоки, который подсоединён к клему испытывает максимальное воздействие поля, а чем дальше тянется проволока ,тем меньшее воздействие она ощущает. Электрическое поле отрывает электроны с атомов железа. Чем больше напряжённость, тем больше электронов может оторвать поле от атомов железа.(вот тут думаю, что что-то неправильно рассказываю). Например, если напряжённость поля в данной точке равна 10, а напряжённость атома, удерживающего электрон в этой же точке равна 5, то поле сможет оторвать 2 электрона. Эти 2 электрона и есть сила тока, то есть столько электронов, сколько поле может оторвать за единицу времени.


Ещё раз извиняюсь за тяжёлую речь. Пожалуйста, помоги понять так это или нет, я уже голову сломал с этим электричество, вкурил сотни статей, кучу книг, но так и не улеглось у меня в голове правильной картины. Если кто-то супершарющий на увровне электронов есть и желает помочь разобраться, помогите и, если можно напишите номер ICQ, я бы хотел позадавать вопросы онлайн дабы не ждать.

[rustot]

падение потенциала в длинном проводнике от одного контакта батареи до другого не связано с убыванием поля с расстоянием. лишний электрон образовавшийся у одного конца проводника потеснит своим избыточным полем все электроны на всей протяженности проводника, он подвинет несколько соседних, те сдвинувшись нарушат баланс сил для своих соседей и так далее пока не восстановится баланс сил, то есть новая плотность электронов во всем проводнике. если бы электроны двигались беспрепятственно (как в сврхпроводнике) то никакого падения потенциала на его протяженности не было бы, (за исключением локальных увеличений и уменьшений, связанных с геометрией проводника). падение потенциала с расстоянием связано с тем что электроны пытаясь подвинуться постоянно натыкаются на препятствия и их плотность поэтому убывает с расстоянием.

в один конец проводника батарея задвигает 100 электронов в секунду, с другого столько же изымает. если это сверхпроводник то оба контакта батареи и проводник по всей протяженности будут иметь одинаковый потенциал. в проводнике же с сопротивлением плотность электронов на протяженности проводника будет падать, а средняя скорость каждого электрона расти, что даст везде одинаковый ток но разный потенциал (который пропорционален плотности заряда), в итоге для того же тока как в сверхпроводнике нужно уже поддерживать разность потенциалов

ps. поле в проводнике конечно тоже убывает вместе с потенциалом, но это следствие а не причина перемещения электронов. и убывает линейно а не квадратично

pps. почему электроны не падают на ядро не объяснить законами механики, одной только их кинетической энергией. там зубодробительные и выглядящие притянутыми за уши объяснения, лучше вообще не вдаваться, а принять как данность что вот поблизости сосуществуют протоны и электроны и некий принцип, не позволяющий им слиться в монолит

[FanAizu]

Не могли бы ещё на апельсинах разъяснить, физический смысл работы?

[AndreyMiller]

Не могли бы ещё на апельсинах разъяснить, физический смысл работы?

А что конкретно вы не поняли из выше сказанного?

[rustot]

Не могли бы ещё на апельсинах разъяснить, физический смысл работы?

определения надеюсь и так знаете значит суть не поняли почему сила на расстояние

работа - это процесс накопления или траты энергии или перевода ее из одной формы в другую, с какой стороны посмотреть. в одних случаях рассматривают работу совершенную над объектом, то сколько он накопил при этом энергии. в другом сколько некто совершил работы, то есть потратил энергии. сила-на-расстояние лишь один из способов вычислить изменение энергии, работу. если апельсинотолкатель потратил 1 дж энергии значит он совершил работу 1 дж. если он с силой 1 ньютон толкал апельсин на протяжении одного метра это будет 1дж работы. при этом апельсин может накопить кинетическую энергию 1 дж если его толкали по горизонтали или 1 дж потенциальной энергии если его толкали вверх или полджоуля кинетической или полджоуля потенциальной или вообще ничего не получил а вся работа ушла на преодоление сопротивления и нагрев воздуха. в последнем случае апельсинотолкатель совершил работу 1дж но над апельсином никакой работы не было совершено, он как стоял так и стоит (катнули и остановился) в точке с тем же потенциалом (высотой над землей) значит работы над ним совершено не было, значит она была совершена над чем то другим

батарейка перемещая электроны из проводника с малой их плотностью в проводник с большей плотностью совершает работу против сил поля, придает электронам бОльшую потенциальную энергию, разница энергии электронов в этих областях помножить на количество перемещенных электронов это и есть работа совершенная батареей. далее электроны гонимые разницей плотности по цепи постепенно тратят эту энергию на тепло и излучение. 'разница энергии электронов' это разница потенциалов, напряжение. 'количество перемещенных электронов' поделенное на время это будет ток. вот и получается что напряжение умножить на ток умножить на время -
это работа в джоулях. а если на время не умножать то известная нам формула для мощности. мощность и есть работа совешенная в секунду

[FanAizu]

Правильно ли будет сказать, что мощность показывает сколько энергии передаётся от одного тела другому в единицу времени. Например я воздействуя на мяч пнул его, в результате я отдал часть своей энергии мячу и мощность здесь это количество энергии, передаваемой в секунду мной мячу? А работа показывает сколько энергии передалось предмету на расстояние пока на предмет действовала сила?

[FanAizu]

И правильно ли это: Энергия это способность тела совершать работу, то есть способность передать эту же энергию другому телу?.. блин, я запутался, разъясните, пожалуйста.

[Murlock]

этот вопрос очень серьёзный. его разрешение может довести до рассмотрения ОТО. на каком уровне объяснять?
если в кратце: енергия это такая валюта, общая для всего во Вселенной. она может обмениваться и менять форму, но общее её количество остаётся постоянным. у энергии есть стремление - рассеиваться. в общем виде: работа - кол-во энергии, перешедшей из одного вида в другую в процессе различных манипуляций.

[rustot]

А работа показывает сколько энергии передалось предмету на расстояние пока на предмет действовала сила?

без 'на расстояние'. расстояние используется когда работу/энергию считают через силу. можно посчитать энергию необходимую чтобы переместить заряд из одной точки в другую через силу других зарядов (= силу поля) действующих на него в процессе перемещения, тогда нужно и расстояние. на каждом малеником участке перемножаем силу поля на заряд получаем просто силу, умножаем на длину участка получаем работу = приращение энергии. все это суммируем получаем работу по всей траектории или разность потенциалов в этих двух точках. а можно просто умножить заряд на известную разность потенциалов в этих точках, сразу получим работу без исследования траектории, тогда нам расстояние и не нужно. потенциал и есть такая 'энергетическая' характеристика поля. просто знать силу поля в двух точках для этого недостаточно, потому-что она может убывать линейно, квадратично, экспоненциально и работа от этого будет разной, поэтому потенциал это не характеристика просто точки, это характеристика маршрута от точки до точки (из бесконечно удаленной точки без полей как частный случай абсолютного значения потенциала)

а в остальном все верно. энергия это энергия, основа всего, простейшая сущность, выразить ее через еще более простые уже не получится. а работа это просто величина той же размерности как и энергия, показывающая сколько энергии преобразовалось из одного вида в другой

[FanAizu]

Ещё один небольшой вопрос, работы равна сила умноженная на расстояние действия силы. Расстояние подразумевается в результатет которого например я толкал вагонетку или расстояние на которое переместилась вагонетка в результате моего воздействия?

[rustot]

расстояние, на котором действовала эта сила. независимо от того ускоренно двигалась вагонетка на этом расстоянии или равномерно. это будет характеризовать работу именно этой силы, а не то, на что она пошла. она могла пойти на разгон/торможение вагонетки, подъем ее на другую высоту или на разогрев рельс.

[FanAizu]

всё равно чуть чуть не пойму. например я толкаю вагонетку на участке длинной 5 метров, через пять метров я перестаю толкать её. Вагонетка проехала ещё 5 метров уже по инерцие. Здесь работа моей силы будет равна F * 10метров или F * 5 метров?

[Murlock]

поскольку работает сила, то и работа длиться ровно столько, сколько сила действует. а причем здесь "понять электричество"?

[rustot]

5 метров. вы зря упираетесь в определение работы через силу. это просто одна из формул для нахождения работы, связывающая работу именно с силой, где-то удобная где-то нет. если вы уперлись в стену с какой-то силой и не двигаете ее, то работы не совершаете. однако если учесть движение земли по орбите вы делаете огромную работу, однако делаете ту же работу с обратным знаком над полом и не совершаете работы над системой земля-пол, в этом случае считать работу через силу просто неудобно. чаще удобнее считать работу через энергии. вы сожгли сколько то калорий, значит совершили сколько то работы, даже если ничего не сдвинули, просто работа заключалась в переводе энергии химических реакций в тепло. это та работа которую вы совершили. однако то что вы пытались безуспешно толкать никакой энергии не получило, значит работа над этим телом нулевая.

все зависит от того какую именно работу вы пытаетесь найти. вся работа химических реакций батареи питания 10 дж, при этом во внешнюю цепь отдано 9дж и 1дж ушел на разогрев батареи, внешняя цепь перевела в тепло 2 дж и до лампочки дошло 7дж, если полезным выходом лампочки считать только свет то она 3дж потратила на излучение в видимом диапазоне и остальное на инфракрасное. куча всяких работ тут присутствует, какую надо ту и считаем и заморачиваться считать работу как силу*расстояние для электронов при движении по цепи абсолютно бессмысленно

[rustot]

а причем здесь "понять электричество"?

стопудово вопрос возник из определения электрического потенциала через работу. определения абсолютно точного и законченного, но малопонятного. я б переформулировал через энергии '...какую потенциальную энергию приобретает единичный заряд...' вместо '...какая работа совершается над единичным зарядом...', то же самое по сути, но более понятно, по-моему

допустим кинескоп, разность потенциалов пушки и люминофора 20кв. по классическому определению это работа 20кдж которую нужно совершить над зарядом в 1кулон чтобы перенести его с люминофора на пушку. не очень понятно, при чем тут работа, куда ее приткнуть чтоб осознать что есть эти самые 20кв?. а если так - разность потенциалов это кинетическая энергия 20кдж*q которую приобретет электрон при перемещении в точку с потенциалом меньшим на 20кв и которая перейдет в 20кдж*q энергии излучения при экстренном торможении в люминофоре. по-моему понятнее.