вопросы об электричестве

[avva]

Пытаюсь лучше понять, как устроено электричество в простых цепях. В частности, я понял, что не понимаю микроскопическую картину того, как возникает ток при замыкании цепи. Например, я подключил к батарее лампочку, и цепь на данный момент раскрыта ключом. Я замыкаю цепь; что конкретно происходит с электронами и полями?

Изучил несколько разъяснений и статей, которые навели некоторый порядок в голове. На сайте Уильяма Бити есть отличные очерки Electricity is NOT a form of energy и In a simple circuit, WHERE does the energy flow?. Вообще на его сайте есть еще много про электричество и неверные мифы о нем.

Статья Understanding Electricity and Circuits: What the Text Books Don’t Tell You еще больше помогла с прояснением микроскопической картины, и с понимаем того, как энергия переносится от батареи к лампочке не электронами в проводе, а электромагнитным полем вне провода, рядом с ним. Еще несколько источников на ту же тему: Energy transfer in electrical circuits: A qualitative account, A unified treatment of electrostatics and circuits.

Тем не менее, полного ответа на свой вопрос я, кажется, не получил. Пусть у нас есть батарея, и от ее полюсов отходят медные провода длиной, скажем, в 100 метров каждый. К одному из проводов последовательно подключена лампочка. Я подвожу концы проводов друг к другу, но еще не соединяю. Цепь разомкнута, лампочка не горит, тока нет, поэтому, если я правильно понимаю, электрического поля внутри проводов и магнитного поля вокруг них тоже нет. Теперь я замыкаю цепь.

Если я верно понял вышеописанные ссылки (если неправильно - поправьте), на поверхности проводов образуются скопления зарядов, причем неоднородные, и разница между ними на протяжении провода образует электрическое поле. Это поле движет (медленно) электроны в проводнике, что создает магнитное поле вокруг провода; это магнитное поле в сочетании с электрическим полем от зарядов на поверхности создает поток электромагнитной энергии (вектор Пойнтинга) вдоль провода, и эта энергия возвращается в каждую точку проводника ровно в той степени, в какой это место рассеивает энергию; т.е. львиная доля энергии приходится на лампочку.

Однако чего я не понял - это каким образом замыкание цепи приводит к образованию этих скоплений зарядов на поверхности проводника, откуда берется их неоднородность итд. Иными словами, что именно происходит на микроскопическом уровне в момент замыкания цепи и далее до возникновения вышеописанного стабильного состояния (если я его действительно правильно описал). Если есть знающие люди, готовые объяснить или дать ссылку на хорошие объяснения, буду рад.

Comments

Re: Электроток

[mord08.livejournal.com]

Нельзя не заметить, что есть науки фундаментальные и есть прикладные. Первые ближе к области мировоззрения и хотя не приносят немедленных практических результатов, зато определяют появление в дальнейшем прорывных инженерных открытий. Вторые обуславливают получение немедленных результатов, но не дают никаких объяснений того, как устроен Мир, не приносят, таким образом, новых знаний. Но вот таких понятий, как «Удобство», «Мистика» в науке мне пока не встречалось. Те, кто немного изучал электротехнику, знают, что реактивная энергия в электросетях – не мистика, а физическая реальность, которая без полезно гоняется по проводам, увеличивая в них потери и потому у потребителей стоят специальные счетчики ее учета, а на них, потребителей, накладываются штрафы, если они не принимают мер для ее уменьшения. ( Уменьшают установкой конденсаторных батарей, которые закорачивают путь этой энергии, «не пуская ее» к генератору). Так вот расчет величины реактивной энергии ведется по формулам, включающим в себя комплексный член. Это, с позиций фундаментальной науки, означает, что в движении реактивной энергии участвует ЧЕТВЕРТАЯ координата, которая НЕ СУЩЕСТВУЕТ в нашем трехмерном мире. Слова «Удобство» или «Мистика» никак не подходят к описанию ИНЖЕНЕРНЫХ расчетов, а для людей думающих, ничего не объясняют. Вот такие дела. Всего!