Как работают атомы
Что удерживает электрон в атоме на орбите атомного ядра?
На первый взгляд, особенно если смотреть на мультяшную версию атома, описанную мною ранее со всеми её недостатками, электроны, двигающиеся по орбите вокруг ядра, выглядят так же, как планеты, двигающиеся по орбите вокруг Солнца. И вроде бы принцип этих процессов одинаков. Но есть подвох.
Что удерживает планеты на орбите вокруг Солнца? В Ньютоновской гравитации (Эйнштейновская сложнее, но тут она нам не нужна) любая пара объектов притягивается друг к другу посредством гравитационного взаимодействия, пропорционального произведению их масс. В частности, гравитация Солнца притягивает к нему планеты (с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. То есть, если расстояние уменьшается вдвое, сила увеличивается вчетверо). Планеты тоже притягивают Солнце, но оно настолько тяжёлое, что это почти не влияет на его движение.
Инерция, тенденция объектов к перемещению по прямым линиям в случае отсутствия действия на них других сил, работает против гравитационного притяжения, и в результате планеты двигаются вокруг Солнца. Это видно на рис.1, где изображена круговая орбита. Обычно эти орбиты эллиптические – хотя в случае планет они почти круглые, поскольку так формировалась Солнечная система. Для различных мелких камней (астероидов) и глыб льда (комет), двигающихся по орбитам вокруг Солнца, это уже не так.
Сходным образом все пары электрически заряженных объектов притягиваются или отталкиваются друг от друга, с силой, тоже обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Но, в отличие от гравитации, которая всегда притягивает объекты вместе, электрические силы могут как притягивать, так и отталкивать. Объекты, обладающие одинаковыми, положительными или отрицательными зарядами, отталкиваются. А отрицательно заряженный объект притягивает положительно заряженный объект, и наоборот. Отсюда и романтическая фраза «противоположности притягиваются».
Поэтому положительно заряженное атомное ядро в центре атома притягивает легковесные электроны, двигающиеся на задворках атома, к себе, примерно как Солнце притягивает планеты. Электроны тоже притягивают ядро, но масса ядер настолько больше, что их притяжение почти не влияет на ядро. Электроны также отталкиваются друг от друга, что является одной из причин, по которым они не любят проводить время близко друг к другу. Можно было бы считать, что электроны в атоме перемещаются по орбитам вокруг ядра примерно так же, как планеты перемещаются вокруг Солнца. И на первый взгляд, именно так они и поступают, особенно в мультяшном атоме.
Но вот, в чём подвох: на самом деле, это двойной подвох, и каждый из двух подвохов оказывает эффект, противоположный другому, в результате чего они взаимно уничтожаются!
Двойной подвох: как атомы отличаются от планетных систем
Первый подвох: в отличие от планет, электроны, двигающиеся по орбитам вокруг ядра, должны излучать свет (точнее, электромагнитные волны, одним из примеров которых служит свет). А это излучение должно заставлять электроны замедляться и по спирали падать на ядро. В принципе, в теории Эйнштейна существует схожий эффект – планеты могут испускать гравитационные волны. Но он чрезвычайно мал. В отличие от случая с электронами. Получается, что электроны в атоме должны очень быстро, за малую долю секунды, по спирали упасть на ядро!
И они бы так и сделали, если бы не квантовая механика. Потенциальная катастрофа изображена на рис. 2.
Второй подвох: но наш мир работает согласно принципам квантовой механики! А у неё есть свой удивительный и контринтуитивный принцип неопределённости. Этот принцип, описывающий тот факт, что электроны – это такие же волны, как и частицы, заслуживает своей собственной статьи. Но вот, что нам нужно знать о нём для сегодняшней статьи. Общее следствие этого принципа состоит в том, что невозможно знать все характеристики объекта одновременно. Существуют наборы характеристик, для которых измерение одной из них делает другие неопределёнными. Один из случаев – это местоположение и скорость таких частиц, как электроны. Если вы точно знаете, где находится электрон, вы не знаете, куда он направляется, и наоборот. Можно достичь компромисса и с некоторой точностью знать, где он, и с некоторой точностью знать, куда он направляется. В атоме так всё и получается.
Допустим, электрон по спирали падает на ядро, как на рис. 2. В процессе его падения нам всё точнее и точнее будет известно его местоположение. Тогда принцип неопределённости говорит нам, что его скорость будет становиться всё более и более неопределённой. Но если электрон остановится на ядре, его скорость не будет неопределённой! Поэтому он не может остановиться. Если он вдруг попробует упасть вниз по спирали, ему придётся всё быстрее и быстрее передвигаться случайным образом. И это увеличение скорости уведёт электрон в сторону от ядра!
Так что тенденция падения по спирали будет нейтрализована тенденцией к более быстрому движению согласно принципу неопределённости. Баланс находится, когда электрон располагается на предпочтительном расстоянии от ядра, и это расстояние определяет размер атомов!
Если электрон изначально находится далеко от ядра, он будет двигаться к нему по спирали, как показано на рис. 2, и излучать электромагнитные волны. Но в результате его расстояние от ядра станет достаточно малым для того, чтобы принцип неопределённости запретил дальнейшее сближение. На этом этапе, когда найден баланс между излучением и неопределённостью, электрон организует стабильную «орбиту» вокруг ядра (точнее, орбиталь – этот термин выбран, чтобы подчеркнуть, что в отличие от планет, у электрона из-за квантовой механики нет таких орбит, какие есть у планет). Радиус орбитали определяет радиус атома (рис. 3).
Ещё одна особенность – принадлежность электронов к фермионам – заставляет электроны не спускаться до одного радиуса, и выстраиваться по орбиталям разных радиусов.
Насколько атомы крупные? Приближение на основе принципа неопределённости
На самом деле мы можем примерно оценить размер атома, используя только расчёты для электромагнитных взаимодействий, массу электрона и принцип неопределённости. Для простоты проделаем расчёты для атома водорода, где ядро состоит из одного протона, вокруг которого двигается один электрон.
- Массу электрона обозначим
- Неопределённость позиции электрона обозначим Δx
- Неопределённость скорости электрона обозначим Δv
где ℏ — это постоянная Планка h, делённая на 2 π. Обратите внимание, он говорит, что (Δ v) (Δ x) не может быть слишком малым, что означает, что обе определённости не могут быть слишком малыми, хотя одна из них может быть очень малой, если другая будет очень большой.
Когда атом устанавливается в предпочтительном основном состоянии, мы можем ожидать, что знак ≥ превратится в знак
B означает, что «A и B не совсем равны, но и не сильно отличаются». Это очень полезный символ для оценок!
Для атома водорода в основном состоянии, в котором неопределённость положения Δx будет примерно равна радиусу атома R, а неопределённость скорости Δv будет примерно равна типичной скорости V движения электрона вокруг атома, мы получим:
Как узнать R и V? Между ними и силой, удерживающей атом вместе, существует взаимоотношение. В неквантовой физике объект массы m, находящийся на круговой орбите радиуса r, и двигающийся со скоростью v вокруг центрального объекта, притягивающего его с силой F, будет удовлетворять уравнению
К электрону в атоме напрямую это неприменимо, но приближённо это работает. Сила, действующая в атоме, это электрическая сила, с которой протон с зарядом +1 притягивает электрон с зарядом -1, и в результате уравнение принимает вид
где k – константа Кулона, e – единица заряда, c – скорость света, ℏ — это постоянная Планка h, делённая на 2 π, а α – определённая нами постоянная тонкой структуры, равная . Совместим два предыдущих уравнения для F, и оценочное соотношение получается следующим:
Теперь применим это к атому, где v → V, r → R, и m → me. Также умножим верхнее уравнение на . Это даёт:
На последнем шаге мы использовали наше соотношение неопределённости для атома, . Теперь можно вычислить радиус атома R:
И это оказывается практически точным! Такие простые оценки не дадут вам точных ответов, но очень хорошее приближение обеспечат!
Движение электронов в атоме
Согласно современным представлениям, электрон в атоме находится в постоянном движении вокруг ядра. Но у такого движения отсутствует определенная траектория. Это выглядит примерно так, как показано на рисунке снизу. В каждый момент времени электрон находится в определенной точке околоядерного пространства. Если бы удалось зафиксировать такие положения с помощью моментальной фотографии, то, сделав тысячи снимков и наложив их один на другой, получили бы картину, подобную той, что
Схема движения электрона в атоме
изображена на рисунке ниже. Она напоминает пушистый шарик или облако в разрезе. Именно так и назвали модель движения электрона вокруг ядра — электронное облако.
Там, где точки расположены гуще, можно говорить о большей вероятности пребывания электрона в этой области. И наоборот, там, где точек меньше, меньше и вероятность обнаружить данный электрон. Электронное облако не имеет четких границ. Поэтому обычно его ограничивают условной поверхностью, которая охватывает примерно 90 % его объема. Такую область пространства вокруг ядра, в которой наиболее вероятно нахождение данного электрона, называют еще электронной орбиталью.
Орбитали, в зависимости от энергии электронов, имеют различные формы и размеры. Так, орбиталь единственного электрона атома водорода имеет сферическую
(шарообразную) форму. Электронные облака в атомах других элементов могут иметь как такую же форму, так и другие, например гантелеобразную. Чем больше энергия электрона, тем дальше он находится от ядра, и, следовательно, тем больше по размеру его орбиталь (электронное облако).
Теоретические расчеты физиков показывают, что на одной орбитали может находиться не более двух электронов. Такие электроны, занимающие одну орбиталь, т. е. одну и ту же область пространства возле ядра, называют спаренными. Например, у следующего за водородом гелия Не два электрона его атома занимают одну орбиталь. Если
Физические структуры электрона и фотона
Перед Вами один из гениев прошлого — Томас Юнг. Я восхищен этим человеком!
В два года он начал читать. К четырем прочитал Библию два раза. В четыре — Робинзона Крузе и Гулливера. В тринадцать лет самостоятельно начал изучать древнееврейский, персидский и арабский. Позже, учась медицине и изучая строение глаза, он заинтересовался физикой света.
Первым объяснил явление интерференции света и ввел термин ‘интерференция’ .
(Интересно, что именно он автор гипотезы поперечного колебания волн света и автор термина энергия, под которой понимал массу умноженную на квадрат скорости. В другом месте Википедия пишет, что именно "Юнг высказал предположение, что разные цвета соответствуют различным длинам волны.")
Его волновая теория света не смогла объяснить эффект поляризация света.
Как сочетать волновую теорию с поляризацией? Это по-прежнему трудная проблема.
Альтернативные размышления.
Несколько измененная копия из СамИздата. Нет адресов ссылок, нет рисунков, немного изменен текст.
Физика — кладезь загадок для внимательного взгляда.
Почему люди, сторонние физики, берутся решать её глобальные проблемы?
Я думаю потому, что в человеке заложено нетерпение к нелогичности, парадоксам. У каждого из нас в различной степени имеется непреодолимое стремление разрешить нелогичное, странное. Мы стремимся разобраться, отбросить "лапшу" с ушей и понять. Перед вами одна из таких попыток.
Статья на треть состоит из цитат. Некоторые из них я критикую, на другие опираюсь, выдвигая свои идеи. Уже с самого начала, не рассчитывая на ваше долгое терпение, предлагаю вашему вниманию два положения, по новому трактующие электрон, фотон и пространство — вакуум. Работа не совершенна и не завершена. Текст изменяется.
Вы, разумеется, знаете, что электроны, двигаясь по проводнику (и при любом изменении места), создают магнитное вращающееся поле вокруг себя. Но задумывались ли — почему считается, что вращается именно оно, а не сам электрон? Известно, что у электрона есть спин, равный 1/2. Но есть ли реальное вращение?
Вот смотрите, электрон неподвижен и вращения магнитного поля нет. Начинаем двигать электрон, поле завращалось. А что творится с самим невидимым нами электроном? Он вращается или стабильно ориентирован? Речи об этом нигде нет. Я думаю, что он вращается вместе со своим полем. Неразрывно с ним связанный. Чем быстрее движется, тем быстрее вращается.
Мне подозрительны модели электрона в виде крутящихся волчков. Ведь он может быть и неподвижным. Электрон одна из элементарнейших частиц. Она по своему строению должна быть совсем рядом со строением вакуума. Должна из него состоять и неразрывно переходить в него. Части электрона — магнитное поле — есть глубокое изменение вакуума, а не только свойство электрона.
Думаю, что логично сделать вывод, что электрон не может продвигаться без собственного вращения в пространстве (также как и фотон).
У электрона структура не обнаружена на всю глубину, сколь смогли в него заглянуть. А заглянули очень глубоко.
"Один из важных выводов, вытекающий из проверок КЭД, связан с размерами Э. КЭД предполагает Э. точечным. Ни в одном эффекте расхождения с этим допущением обнаружено не было. Физически это означает, что размеры Э. меньше 10-16 см." (-16 это степень, а КЭД — квантовая электродинамика). Цитата из Физической энциклопедии .
Точечный !? Внешней границы у него нет? Вот это да! Следовательно, он вращается на всю глубину? Ну так об этом я и говорю — он вращается полностью со всем своим полем!
Итак — электрон не может изменять свое место в пространстве без собственного вращения и создания крутящегося магнитного поля вокруг себя.
Известно, что у фотона есть спин, положительный или отрицательный, равный единице. Вращается ли физически сам фотон?
Помимо спина, равного +-1, фотон во время движения продвигает по кругу векторы Э и Н (электрический и магнитный), в правую или левую сторонs.
Подобно тому как изменяется электромагнитная волна.
Но можно ли отождествить фотон с электромагнитной волной? Если да, то тогда из чего состоит эта волна самого фотона? Из других фотонов? Бред получается. Если же считать, что сам фотон в движении проходит фазы и имеет вращение своих векторов, то парадокс бесконечного чередования волна-фотон прерывается.
Но как быть с постоянным спином? Ведь, чем выше частота фотона, тем быстрее вращение векторов? Поэтому полностью отождествлять его (реальное вращение) со спином не получится. Спин — постоянная формальная характеристика, типа — он может иметь вращение в некую сторону, а само реальное вращение изменчивая величина.
Также как было выше с электроном, я думаю, нужно перенести вращение электрического и магнитного векторов фотона на сам фотон. Вектора вращаются вместе со своим "хозяином" — фотоном.
Я делаю вывод, что фотон не может продвигаться сквозь пространство не вращаясь, и это реальное вращение — следствие свойств и фотона и пространства.
Теперь о фронте этой частицы. Насколько он широк? Точечный размер или некий щит — комплекс точек пространства? Так как свет преломляется на границе разных по плотности сред, то это образование должно быть протяженным по фронту. Тогда естественно объясним разворот его в разнородной среде (границе сред).
Итак, фотон — вращающееся двухфазовое излучение, имеющая сильный центр и слабую периферию, типа летящего фронтом щита. Но это не вещественная частица, а вневременной срез изменений фаз разового эм. излучения в неком месте единого пространства.
Ну, а как представить себе фотон с длиной волны в 3 тысячи км.?
Да, такой же срез. В каждом месте в новом облике с повторением фазы через 3 тысячи км.
Некоторые проблемы создания реального образа фотона и Э.М. волны.
-Что они из себя представляют?-
-А разве формул недостаточно/?-
-Мне нет. Я хочу ясно представить себе, как они функционируют.-
Вот, например, знаменитая поперечность Э.М. волны, одно из оснований волновой теории света. Как её понять? В качестве примера поперечной волны нам обычно дают вот такой пример волн:
Рис 3
"Поперечная волна в резиновом жгуте. Частицы колеблются вдоль оси y. Поворот щели S вызовет затухание волны"
" Прямыми опытами доказано, что световая волна является поперечной. В поляризованной световой волне колебания происходят в строго определенном направлении."
Обычно этого довода достаточно, всем становиться понятно, что свет волна.
А мне непонятно.
У меня вопрос к вам, читатели: Из чего состоит э.м. волна? Из фотонов или чего-то ещё?
Фотонов. Тогда приходиться сделать вывод, что фотоны в поперечной волне пульсируют вверх-вниз?
Но как это может быть? Фотоны двигаются зигзагами? Невероятно! С другой стороны странно признать поперечность колебаний без реального поперечного движения фотонов, тогда и никакой поперечной волны и нет.
Наконец, к своему удовольствию, я нашел уточняющее высказывание: "Из теории Максвелла следует, что свет является поперечной электромагнитной волной — электрический и магнитный векторы в световой волне колеблются перпендикулярно направлению распространения."
Ситуация разъяснилась — оказывается, что нет никаких реальных колебаний фотонов! Движение их прямолинейно без зигзагов. Превосходно!
Есть лишь только колебание их векторов. А колеблются вектора вращаясь. Вот следующая цитата:
"Поперечная волна, -говориться в Википедии ,- характеризуется двумя направлениями: волновым вектором и вектором амплитуды, всегда перпендикулярным к волновому вектору. Так что в трёхмерном пространстве имеется ещё одна степень свободы — вращение вокруг волнового вектора."
Значит, именно в этом колебании векторов и нужно искать причину периодического не прохождения части света сквозь поляриоиды. Нужно искать другой механизм отсева вместо механического колебания вверх и вниз. Фотон должен двигаться прямо, одновременно изменяясь таким образом, чтобы менялась его проходимость сквозь поляризационное отверстие.
Обратимся к вопросу Какова причина поляризации света при прохождении поляроида?
Обычный свет вокруг нас — смесь излучения разной энергии и разных фаз. Поляризация — выделение из общего потока света группы волн излучения одного типа.
Свет поляризуется отражаясь от поверхности многих веществ и поляризуется при прохождении некой среды. ". пластинка диэлектрика сортирует лучи естественного света, отражая преимущественно лучи с одним направлением колебаний и пропуская перпендикулярные колебания." В обеих случаях фазы пучков света перпендикулярно противоположны.
Обратимся к поляроидам.
Что из себя представляют эти фильтры? Вот один из них: "Оригинальный материал, . содержит множество микроскопических кристаллов йодохинина сульфата (герапатита), внедрённых в прозрачную полимерную плёнку из нитроцеллюлозы. Игольчатые кристаллы упорядочиваются в процессе производства путём растяжения или применением электрических или магнитных полей. При выравнивании кристаллов лист становится дихроичным: он начинает поглощать свет, плоскость поляризации которого перпендикулярна направлению выравнивания кристаллов, но пропускает свет, плоскость поляризации которого параллельна направлению выравнивания."
Заметьте: ". путём растяжения или применением электрических или магнитных полей. "
Значит отверстие вытянуто в щель. Именно поэтому делается вывод, что колебания у частиц волны вертикальные (поперечные) и только часть света соответствующей ориентации может пройти сквозь овальные отверстия. Другая, задержанная часть света, имеет перпендикулярное относительно прошедшим лучам света направление колебаний. На расстоянии одной длины волны такой луч максимально проходит сквозь отверстие поляризатора два раза — в фазе и полуфазе, каждые 180 градусов поворота.
Итак, мы имеем овальное отверстие и проходящий в двух из четырех положений (4 по 90 градусов) квант света. Причем препятствие в первую очередь электронное. Фотон встречают электроны атомов решетки. Когда такая овальная электронная решетка будет выборочно пропускать некие частицы? Только в том случае, если у последней изменяется знак заряда.
Но фотон лишен электрических зарядов. Как понять участие нейтральных фотонов в э.м. волнах?
Какие у фотонов связи с электронами, с которыми оно взаимодействует?
И как объект без э.м. заряда взаимодействует с э.м. зарядами?
Выход в одном:
Признать, что фотон совмещает оба электрических заряда — электрона и позитрона, которые экранируют друг друга — и два магнитных полюса.
Фотон — диполь на элементарном уровне, квант вакуума, объединяющий оба противоположных электрических заряда.
Учитывая такое строение фотона, при прохождении отверстия поляриоида с вытянутыми вертикально отверстиями, когда электрические заряды фотона находятся справа и слева, поляризационная решетка его задерживает. С одной стороны он отталкивается электрическим зарядом от электрона, к другой притягивается. В случае поворота фотона на четверть круга его электрические заряды отдалены от стенок щели и свет проходит сквозь отверстие.
. Поэтому поляроид пропускает их два раза за одну длину волны.
Некоторые предполагаемые свойства кванта энергии
Фотон реальное физическое явление. Какова его форма?
Наверняка она расплывчата, без резкой определенности.
Каковы его свойства?
О его свойстве вращаться при движении мы выше говорили. Что еще есть? У него есть, например, свойство находиться в непрерывном движении с предельной скоростью движения. Что это может сказать нам о его строении?
Похоже, что его структура как-то по особому должна быть открытой с передней стороны — той, куда движется частица. Там она как-то не завершена. И пытается себя завершить, двигаясь с максимально возможной скоростью, "падая" в сторону незавершенности. Этим движением он дополняет свою структуру, себя с передней стороны. (Есть еще вариант рассматривать эту неоднородность как излишнее наличие чего-то, типа добавочных вращающихся элементов кванта вакуума).
При столкновении этого комплекса элементов вакуума с электроном, он входит в него, становится полноценным и исчезает. Примерно так я представляю процесс передачи энергии движения от фотона к электрону на орбите атома. Фотон встречается с объектом, который МОЖЕТ перенять энергию его вращения, и передает ему — электрону свой вращательный момент. За исключением тех случаев, когда электрон имеет высокую энергию, в последнем случае переход энергии происходит, как пишут, в другую сторону, в сторону фотона.
Эффект Комптона
-"явление изменения длины волны электромагнитного излучения вследствие упругого рассеивания его электронами. " "Уменьшение энергии фотона после комптоновского рассеяния называется комптоновским сдвигом."
"Эффектом, обратным эффекту Комптона, является увеличение частоты света, претерпевающего рассеяние на релятивистских электронах, имеющих энергию выше, чем энергия фотонов. То есть в процессе такого взаимодействия происходит передача энергии от электрона фотону." (Цитата оттуда же). Интересны оба варианта взаимодействия фотона и электрона, они хорошо понятны с точки зрения предложенной в этой статье гипотезы механизма передачи энергии между электроном и фотоном. Но интересен еще и новый, (делаемый сейчас) вывод о том, что таким образом возможно взаимодействие между фотонами. Электрон будет в качестве передающего энергию звена.
Эффект Комптона считается одним из надежных доказательств существования фотонов. Именно Эффект Комптона, как мне кажется, поможет решить некоторые проблемы интерференции.
Строение фотона
Встречающиеся в некоторых статьях громоздкие модели фотона у меня также вызывают сомнения. Ведь это еще более элементарнейший объект, чем электрон. И он им должен оставаться, быть лишь квантом вакуума, лишь в чем-то измененным из-за наполненности энергией.
Реальный квант вакуума должен иметь не только единство противоположных электрических зарядов, но и магнитных. То, что он дважды за прохождение расстояния длины своей волны может пройти сквозь одинаково повернутую поляризационную решетку — поляроид, заставляет предположить, что это вращается вырванный из вакуума диполь. В отличие от антенных диполей, где заряды разъединены, здесь в диполе они объединены, фотон выглядит как поляризованный квант, -с одной стороны один заряд, с другой другой. А еще с двух сторон различные магнитные заряды. Объединение положительного и отрицательного зарядов и магнитных зарядов.
В принципе, по моему представлению, фотон это квант вакуума, но с добавлением энергии вращения и неотрывного от него движения вперед. Вся его энергия в моменте вращения. Продвижение вперед не добавляет ему энергии и является свойством вакуума передавать свое искажение с такой-то скоростью.
Я довольно долго не мог понять, почему фотон обязан двигаться вперед вкручиваясь спиралью в пространство? Как-то странно, неправда ли? Лишь когда подумал о скоростях, то стало ясно — спиральность движения фотона вынужденная. Он представляет собой "особое" искажение вакуума, которое существует только вращаясь, а к этому плюсуется неспособность вакуума не передавать эти свои "особые" искажения с такой-то скоростью. Получается спираль.
Рождение фотона.
Попробуем представить себе процесс появления кванта энергии — фотона.
Большинство фотонов создаются при ускорении движения электронов. Само направление изменения скорости при этом не важно — оно может и увеличиваться и уменьшаться.
Я в своей статье в СИ по тяготению выдвигаю предположение, что при движении тел сквозь пространство, вакуум происходит постоянный обмен элементов тел с элементами вакуума. Такое понимание взаимодействия пространства и вещественных объектов позволяет объяснить существование инерции и силы тяготения.
Учитывая это предположение, представьте себе, что электрон резко остановлен, протекающие сквозь него элементы вакуума "проскочили" дальше и отправились в свое собственное путешествие. Родился фотон. Причем, так как электрон вращался, то элементы вакуума, " выскочившие" из остановленного электрона, по-прежнему будут вращаться, закручиваясь с правосторонним вращением. Скорость движения вперед этого "волчка" будет равна обычной скорости передачи изменений вакуума — скорости света.
Давайте сопоставим этот процесс с обратным — с восприятием энергии фотона электроном. По второму закону фотоэффекта "максимальная кинетическая энергия вырываемых светом электронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности."
Т.е. передается энергия именно вращения фотона. Интересно, правда? Симметрично, красиво.
(-А что создает фотоны с левосторонним вращением?-
— Позитроны.-
-А они откуда у нас взялись?-
Они постоянно вокруг нас. Точнее не сами позитроны,а их трансфомированное обличие.
С моей точки зрения, все частицы с положительным зарядом несут в себе измененный позитрон. Вот такие атомы-ионы, лишенные электрона и создают фотоны с левым вращением.)
Что отделилось от остановившегося электрона? Вращающееся магнитное поле северного и южного полюса. А они возбудили собственный диполь электрических зарядов в центре вращения, поляризовав квант вакуума.
Постоянные по величине магнитные моменты и электрические заряды фотона переменны в пространстве со временем. Т.е. поворачивается попеременно двумя видами зарядов и двумя магнитными полюсами. Начиная совсем от незначительных величин.
Предположенный механизм, как мне кажется, "работает" и при аннигиляции электрона и позитрона и в процессе смены орбиты электрона в атоме.
Мне кажется, что мне пора возразить против созревшего, возможно, у вас, читатель, возражения о кванте-диполе. Мол, у фотона не обнаружено заряда ни в одном эксперименте. Да, заряда нет,Но одного, а так как их два, то они не проявляют себя как заряд, экранируя друг друга.
Аннигиляция
Представим себе аннигиляцию позитрона и электрона. Результатом их столкновения будет появление нескольких гамма-квантов с очень короткой волной. Один фотон правостороннего или левостороннего вращения (спин + или -) и два-три фотона другой направленности вращения. " Фотон может находиться только в двух спиновых состояниях с проекцией спина на направление движения (спиральностью) +-1. Этому свойству в классической электродинамике соответствует круговая правая и левая поляризация электромагнитной волны." Фотоны разлетаются в разные стороны, сохраняя равновесие общих моментов движения и вращения прежней системы.
Я считаю, что скорость встречи аннигилирующих частиц очень велика и встреча похожа на микроатомный взрыв. А скорость велика так как невероятно высока сила электрического притяжения двух противоположных элементарных зарядов. Которая в миллиард миллиардов миллиардов. (сорок один нуль разов) раз сильнее силы тяготения этих частиц. В результате столкновения и исчезания элементарных электрических зарядов появление рожденных фотона выглядит как наследование существовавших у материнских частиц высокого вращательного момента и скорости их сближения. Т.е. только тот момент вращения, который был у них при встрече.
(К интересной трактовке аннигиляции я пришел. Высокие выделяющиеся энергии аннигиляции — результат высокой скорости приближения? Как-то сомнительно. Хотя, вполне может быть. По крайней мере для пары позитрон-электрон.)
Похожая ситуация и в случае рождения фотона в результате смены орбиты электрона в атоме, но с меньшей величиной выделяемой энергии.
Смена орбиты электроном
Кругообразное вращение элементов вакуума в электроне при резком изменении места при смене орбиты "срывается" с электрона и рождается новая частица — фотон. Чем более резким было это изменение движения, тем выше скорость вращения элементов вакуума в этом "сорванном" возмущении от электрона частиц вакуума — в фотоне. Для электронов меди это одна скорость, для железа другая. Значительная часть всех электроноволн — фотонов возникает в процессе изменения орбиты электрона в атомной системе. Продолжительность "скачка" более долгая, чем время аннигиляционного слияния электрона и позитрона и поэтому скорость его намного меньше и энергия появляющихся фотонов ниже и ниже частота вращения.
(Мне где-то встретились такие цифры: продолжительность смены орбиты электроном 10 в -8 степени секунды).
Такое резкое стремительное движение к центру атома оставляет, по-моему представлению, после себя кратковременное вихреобразное возмущение всемирного поля. Это возмущение потеряв связь с прежним своим носителем — электрическим зарядом, отправляется в путешествие до соединения с другим носителем электрического заряда.
Остается незатронутой большая область рождения фотонов при ускорении движения зарядов в проводниках переменного тока.
Чисто гипотетически.
Мне представляется, что при небольшом ускорении движения электронов скорости слишком медленны и "отрыв" вихревого движения квантов вдоль направления движения электронов не происходит, заменяясь массовым рождением фотонов перпендикулярно направлению движения (по бокам проводников) — рождением электромагнитных волн из массы фотонов. В какую сторону двигаются такие фотоны мне неясно.
Возможно, такое рождение было и в предыдущих вариантах, но было незаметное, менее значительное, чем основное рождение — "отрыв". И наоборот. Т.е. эти два способа рождения фотонов в разной степени сосуществуют одновременно, сопутствуя друг другу. Превалирует то один способ рождения, то другой.
Роберт, я пытаюсь заниматься чем-то похожим. Во всяком случае мне понятно ваше стремление заглянуть в глубь материи. Меня тоже не устраивало, когда ссылались на формулы.
Для того, чтобы понять и ответить на те вопросы, которые вы задаёте, надо отойти от объекта много дальше. Если упереться в протон, электрон, фотон и пытаться понять их в лоб, ничего не получится. Мы с вами, наверное, не самые умные в этом мире, много тех профессионалов, которые занимались этими вопросами, и не могли ответить на этот и другие подобные вопросы.
Я сам сравнительно недавно нашёл для себя, нет не ответы, а объяснение того положения дел, которое сложилось в естествознании. Это упирается в логику познания окружающего мира.
Мир бесконечен в своём проявлении. Не в смысле размеров, а в смысле своих свойств и отношений.
Познать такой мир сразу и на всю глубину, всё равно, что мухе проглотить арбуз. Это невозможно.
Поэтому процесс познания это многоуровневый процесс. Он всякий раз ограничивается в своей глубине НЕОПРЕДЕЛЯЕМЫМИ ПОНЯТИЯМИ, обрезающими бесконечность свойств и отношений окружающего мира, но и огрубляющими наши знания о нём.
На сегодняшний день НЕОПРЕДЕЛЯЕМЫМИ являются все базовые понятия физики:
-пространство
— время
— все виды взаимодействий
— элементарные частицы и их свойства (масса, заряд, аромат, спин и др)
Естественно, что перечень не весь.
Так вот, ответить по отдельности на эти вопросы : что это такое — невозможно. Лучше не мучить себя. Вы, конечно, можете разработать для себя рабочую модель, но она наверняка будет не адекватной.
Почему?
Ответ прост:вы пытаетесь ответить на вопросы о неопределяемых понятиях изнутри системы, на них построенных. Математики с подобными вопросами нахлебались в ХХ веке. Они пытались обосновать основания математики, и пришли к неутешительному выводу :это невозможно!
Определить неопределяемые понятия можно только из вне системы на них построенной. Другими словами, надо "придумать" новую систему мира, в которой все(!) до сих пор неопределяемые понятия были бы определены через новые неопределяемые понятия. Естественно, такая система мира должна быть непротиворечивой.
Будет желание, заходите на мою страничку. Правда сейчас у меня творческий застой.
Удачи
Портал Проза.ру предоставляет авторам возможность свободной публикации своих литературных произведений в сети Интернет на основании пользовательского договора. Все авторские права на произведения принадлежат авторам и охраняются законом. Перепечатка произведений возможна только с согласия его автора, к которому вы можете обратиться на его авторской странице. Ответственность за тексты произведений авторы несут самостоятельно на основании правил публикации и законодательства Российской Федерации. Данные пользователей обрабатываются на основании Политики обработки персональных данных. Вы также можете посмотреть более подробную информацию о портале и связаться с администрацией.
Ежедневная аудитория портала Проза.ру – порядка 100 тысяч посетителей, которые в общей сумме просматривают более полумиллиона страниц по данным счетчика посещаемости, который расположен справа от этого текста. В каждой графе указано по две цифры: количество просмотров и количество посетителей.
© Все права принадлежат авторам, 2000-2022. Портал работает под эгидой Российского союза писателей. 18+
Урок 1. Электричество: куда бегут электроны
– В Европе теперь никто на пианино не играет,
играют на электричестве.
–На электричестве играть нельзя – током убьет.
–А они в резиновых перчатках играют…
–Э! В резиновых перчатках можно!
«Мимино»
Странно… Играют на электричестве, а убивает почему-то каким-то там током… Откуда в электричестве ток? И что это за ток? Здравствуйте, уважаемые! Давайте разбираться.
Ну, во-первых, начнём с того, почему это играть на электричестве в резиновых перчатках всё-таки можно, а, например, в железных или свинцовых – нельзя, хотя металлические прочнее? Дело все в том, что резина не проводит электричество, а железо и свинец – проводят, поэтому и током ударит. Стоп-стоп… Мы идем не в ту сторону, давайте, разворачиваемся… Ага… Начинать нужно с того, что все в нашей Вселенной состоит из мельчайших частичек – атомов. Эти частички настолько малы, что, например, человеческий волос по толщине в несколько миллионов раз превосходит размер самого маленького атома водорода. Атом состоит (см. рисунок 1.1) из двух основных частей – положительно заряженного ядра, состоящего в свою очередь из нейтронов и протонов и вращающихся по определенным орбитам вокруг ядра электронов.
Рисунок 1.1 – Строение электрона
Суммарный электрический заряд атома всегда (!) равен нулю, то есть атом электрически нейтрален. Электроны имеют довольно сильную связь с атомным ядром, однако, если приложить некоторую силу и «вырвать» один или несколько электронов из атома (посредством нагревания или трения, например), то атом превратиться в положительно заряженный ион, поскольку величина положительного заряда его ядра будет больше величины отрицательного суммарного заряда оставшихся электронов. И наоборот, – если каким-либо образом добавить к атому один или несколько электронов (но не посредством охлаждения…), то атом превратится в отрицательно заряженный ион.
Теперь, если посмотреть на внутренний состав любого элемента можно увидеть, что не весь объем элемента занимают атомы. Всегда, в любом материале так же присутствуют как отрицательно заряженные, так и положительно заряженные ионы, причем процесс преобразования «отрицательно заряженный ион–атом–положительно заряженный ион» происходит постоянно. В процессе этого преобразования образуются так называемые свободные электроны – электроны, не связанные ни с одним из атомов или ионом. Оказывается, что различных веществ количество этих свободных электронов разное.
Так же из курса физики известно, что вокруг любого заряженного тела (даже такого ничтожно малого, как электрон) существует так называемое невидимое электрическое поле, основными характеристиками которого являются напряженность и направление. Условно принято, что поле всегда направлено из точки положительного заряда к точке отрицательного заряда. Такое поле возникает, например, при натирании эбонитовой или стеклянной палочки о шерсть, при этом в процессе можно услышать характерный треск, явление которого мы рассмотрим позже. Причем, на стеклянной палочке будет образовываться положительный заряд, а на эбонитовой – отрицательный. Это как раз и будет означать переход свободных электронов одного вещества в другое (со стеклянной палочки в шерсть и из шерсти в эбонитовую палочку). Переход электронов означает изменение заряда. Для оценки этого явления существует специальная физическая величина – количество электричества, названная кулон, причем 1Кл= 6.24•10 18 электронов. Исходя из этого соотношения заряд одного электрона (или его по-другому называют элементарным электрическим зарядом) равен:
Так при чем же здесь все эти электроны и атомы… А вот при чём. Если взять материал с большим содержанием свободных электронов и поместить его в электрическое поле, то все свободные электроны будут двигаться в направлении положительной точки поля, а ионы – поскольку они имеют сильные межатомные (межионные) связи –оставаться внутри материала, хотя по идее они должны двигаться к той точке поля, заряд которой противоположен заряду иона. Это было доказано с помощью простого эксперимента.
Два различных материала (серебро и золото) соединили друг с другом и поместили в электрическое поле на несколько месяцев. Если бы наблюдалось движение ионов между материалами, то в месте контакта должен был бы произойти процесс диффузии и в узкой зоне серебра образоваться золото, а в узкой зоне золота – серебро, но такого не произошло, что и доказало неподвижность «тяжелых» ионов. На рисунке 2.1 показано движение положительной и отрицательной частиц в электрическом поле: отрицательно заряженные электроны движутся против направления поля, а положительно заряженные частицы – по направлению поля. Однако это справедливо только для частиц, не входящих в кристаллическую решетку какого-либо материала и не связанных между собой межатомными связями.
Рисунок 1.2 – Движение точечного заряда в электрическом поле
Движение происходит именно таким образом, потому как одноимённые заряды отталкиваются, а разноимённые – притягиваются: на частицу всегда действуют две силы: сила притяжения и сила отталкивания.
Так вот, именно упорядоченное движение заряженных частиц и называют электрическим током. Существует забавный факт: изначально считалось (до открытия электрона), что электрический ток порождён именно положительными частицами, поэтому направление тока соответствовало движению положительных частиц от «плюса» к «минусу», однако впоследствии обнаружилось обратное, но направление тока решено было оставить прежним, и в современной электротехнике осталась эта традиция. Так что всё на самом деле наоборот!
Рисунок 1.3 – Строение атома
Электрическое поле можно, хоть и характеризуется величиной напряженности, но создается вокруг любого заряженного тела. Например, если всё ту же стеклянную и эбонитовую палочки натереть о шерсть, то вокруг них возникнет электрическое поле. Электрическое поле существует около любого объекта и воздействует на другие объекты, сколь угодно далеко они бы ни располагались.Однако с ростом расстояния между ними напряженность поля уменьшается и её величиной можно пренебречь, так что два человека, стоящие рядом и имеющие некоторый заряд, хоть и создают электрическое поле, и между ними протекает электрический ток, но он настолько мал, что его величину трудно зафиксировать даже специальными приборами.
Так вот, пора бы уже побольше рассказать о том, что это за характеристика – напряженность электрического поля. Начинается всё с того, что в 1785 году французский военный инженер Шарль Огюстен де Кулон, отвлекшись от рисования военных карт, вывел закон, описывающий взаимодействие двух точечных зарядов:
Мы не будем углубляться в то, почему это именно так, просто поверим на слово господину Кулону и введём некоторые условия для соблюдения этого закона:
- точечность зарядов — то есть расстояние между заряженными телами много больше их размеров — впрочем, можно доказать, что сила взаимодействия двух объёмно распределённых зарядов со сферически симметричными не пересекающимися пространственными распределениями равна силе взаимодействия двух эквивалентных точечных зарядов, размещённых в центрах сферической симметрии;
- их неподвижность. Иначе вступают в силу дополнительные эффекты: магнитное поле движущегося заряда и соответствующая ему дополнительная сила Лоренца, действующая на другой движущийся заряд;
- взаимодействие в вакууме.
Математически закон записывается следующим образом: 
где q1,q2 – величины взаимодействующих точечных зарядов,
r – расстояние между этими зарядами,
k – некоторый коэффициент, описывающий влияние среды.
На рисунке ниже приведено графическое пояснение закона Кулона. 
Рисунок 1.4 – Взаимодействие точечных зарядов. Закон Кулона
Таким образом, сила взаимодействия между двумя точечными зарядами возрастает при увеличении этих зарядов и уменьшается при увеличении расстояния между зарядами, причём увеличение расстояния в два раза приводит к уменьшению силы в четыре раза. Однако подобная сила возникает не только между двумя зарядами, но и между зарядом и полем (и опять электрический ток!). Логично было бы предположить, что на различные заряды одно и то же поле оказывает различное влияние. Так вот отношение силы взаимодействия поля и заряда к величине этого заряда и называется напряжённостью электрического поля. При условии, что заряд и поле неподвижны и не изменяют своих характеристик с течением времени. 
где F – сила взаимодействия,
q – заряд.
Причём, как говорилось ранее, поле имеет направление, и это возникает именно исходя из того, что сила взаимодействия имеет направление (является векторной величиной: одноимённые заряды притягиваются, разноимённые – отталкиваются).
После того, как я написал этот урок, я попросил моего друга прочитать его, оценить, так скажем. Кроме того, я задал ему один интересный на мой взгляд вопрос как раз по теме этого материала. Каково же было моё удивление, когда он ответил неверно. Попробуйте и Вы ответить на этот вопрос (он помещен в раздел задач в конце урока) и аргументировать свою точку зрения в комментариях.
И последнее: поскольку поле может переместить заряд из одной точки пространства в другую, оно обладает энергией, а, следовательно, может совершать работу. Этот факт пригодится нам в дальнейшем при рассмотрении вопросов работы электрического тока.
На этом первый урок окончен, но у нас так и остался без ответа вопрос, почему же, в резиновых перчатках током не убьет. Оставим его как интригу на следующий урок. Спасибо за внимание, до новых встреч!
- Наличие свободных электронов в веществе является условием для возникновения электрического тока.
- Для возникновения электрического тока необходимо электрическое поле, которое существует только вокруг тел, обладающих зарядом.
- Направление протекания электрического тока обратно направлению движения свободных электронов – ток течёт от «плюса» к «минусу», а электроны наоборот – от «минуса» к «плюсу».
- Заряд электрона равен 1.602•10 -19 Кл
- Закон Кулона: модуль силы взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме прямо пропорционален произведению модулей этих зарядов и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними.
- Предположим, что в городе-герое Москве имеется некая розетка, самая такая обычная розетка, которые есть и у Вас дома. Так же предположим, что мы протянули провода из Москвы во Владивосток и подключили во Владивостоке лампочку (опять же, лампа совершенно обычная, такая же освещает сейчас комнату и мне, и Вам). Итого, что мы имеем: лампочка, присоединенная к концам двух проводов во Владивостоке и розетку в Москве. Теперь вставим «московские» провода в розетку. Если мы не будем учитывать массу всяких условий и просто предположим, что лампочка во Владивостоке загорелась, то попробуйте предположить, доберутся ли электроны, которые в данный момент находятся в розетке в Москве в нить накала лампочки во Владивостоке? Что случится, если мы подключим лампочку не к розетке, а к аккумулятору?
Комментарии:
- Лысенко Евгений — 22.10.2012 08:28
Ох, ну и дела. Вспоминаю школьный курс, правда с трудом, хотя именно в изучении этого раздела у меня имелась оценка 5. 🙂 С остальными было хуже. Уже очень мне нравилось лампочки там всякие зажигать, строить электрические сети и т.д. Но потом это как-то заглохло, а тут такой шанс не просто вспомнить, да еще и телевизор починить XD
На самом деле этот учебник пишет мой друг. Окончил он кафедру промышленной электроники, так что знает о чем пишет 😉 Будем надеяться, что не забросит это дело 😀
Другу респект передавай 😉
электричество это кровь цивилизации. Если б у нас доходчиво и образно умели объяснять, в том числе и об электричестве, то мы бы были впереди планеты всей,и в том что связано с электрическими процессами .У нас очень мало толковых электронщиков, а начало этой проблемы -в школе .В школе можно зазубрить и пересказать но как говориться и попугай может произнести слово -физика но смысла этого слова он никогда не поймёт .Самое сложное это понять что же такое электрическое напряжение На этом определении надо акцентрировать внимание Многие путают напряжение с мощностью А как известно при одной и той же мощности бывает разное напряжение Или и я тоже что то не так понимаю
Ростислав, я вот не поняла ваш комментарий, правда. Если вы намекаете, что учебник плохо составлен или что авто не компетентен в теме, то я не согласна категорически! Сразу же видно что человек понимает о чем пишет. Спасибо автору за такой полезный учебник!
Вера я имел ввиду конечно школу. Автор компетентен и делает очень великое дело ,стараясь доступным языком подать материал. Это дело по сути государственной важности .Японцы поднялись на электронике. У нас электроника в наихудшем положении. А ведь именно электричество сегодня во главе всего в экономике. А как известно экономика это по сути материализация того что человеку необходимо для его человеческой жизни .Сырья изобилие ,так что по идее проблем с готовой продукцией быть не должно в век когда электричество является основным энергетическим фактором. И не только энергетическим ,но и в программировании тоже ведь всё связано с электрическими ,скажем так, процессами и свойствами. Я как то видел в интернете японскоe учебное пособие для изучения электричества. И там в основном пытаются найти аналогии и подать материал образно. Ведь человек как раз лучше всего информацию осваивает ОБРАЗНО ,и школы то же ведь называются -ОБРАЗовательными .То есть человек должен получить правильное представление о тех или иных процессах и закономерностях .В школе я учился не важно. Но заинтересовался столь распространённой электроникой .Начал с учебника. Вроде написано просто ,но сё равно прочитав понимаешь что не совсем понял материал. Купил книгу -Занимательная электроника и там глава первая так и называется -Чем отличается ток от напряжения в которой как раз и говорится о запутанном определении напряжения. Так что есть над чем поработать.Надо пообразней расcказать о напряжении ,каким образом оно повышается и понижается при одной и той же мощности и откуда сама берётся эта мощность . Вообще очень и очень много есть и книг и компьютерных дисков и публикаций в интернете посвящённых электроэнергии. Но я не думаю что человек прочитав их скажет -Я понял как работают электрические приборы ,оборудование и техника. Можно сказать недавно появилось учебное пособие на компьютерном диске. Называется в- В мир электричества-как в первый раз, но я думаю и это пособие не сможем помочь тому чтоб у нас появилось огромное количество людей которые с электричеством будут, скажем так, -на ты .
Спасибо за Ваше мнение 🙂 Рад, что учебник оказался полезен.
Соглашусь с Ростиславом, что школьные учебники составлены, мгяко говоря , скудновато… К сожалению. И толковых учителей мало. Их осталось совсем немного — советской закалки, а вот они уйдут — и всё… Именно эти два фактора отбили у меня в школьные годы весь интерес к физике, однако вуз вновь вернул его. Давайте догонять Японию 🙂
Smex наше будущее зависит от учеников и нам нужны толковые учителя чтоб нам не надо было больше кого то пытаться догнать. С толковыми учителями хорошей жизни проще добиться .
ДВА ТРАКТОРА МОЩНОСТЬЮ 100 ЛОШАДИНЫХ СИЛ ОНИ СОЕДИНЕНЫ ТРОСОМ И РАБОТАЯ ВО ВСЮ МОЩЬ ДВИГАЮТСЯ В ПРОТИВОПОЛОЖНЫХ НАПРАВЛЕНИЯХ СТАРАЯСЬ ПЕРЕТЯНУТЬ ДРУГ ДРУГА. какое НАПРЯЖЕНИЕ ИСПЫТЫВАЕТ ТРОСС?
Говорят о высоком и низком напряжении Как можно на вышеизложенном примере пояснить как получить высокое и низкое напряжение при одной и той же мощности
Ростислав, никак. В вашем примере напряжение и мощность имеют различную природу и связаны с различными объектами так, что напряжение зависит от мощности. А если говорить о конкретной мощности и конкретном напряжении, то они всегда привязаны к одной точке, элементу цепи или схеме и мощность зависит от напряжения, об этом рассказано в Уроке 6.
Smex Что такое напряжение и каким образом при одной и той мощности мы можем получить низкое и высокое напряжение? В моём примере образно говоря напряжение испытывает на себе трос .Если трос мог создать вокруг себя силовое поле равное силе под действием которой он находится то мы уже получили бы что то сродни электрическому полю. По сути электрическое поле это -информация и в моём примере тросс как бы информировал о том под какой силой от находится . И всё так как при одной и той же мощности получить высокое и низкое напряжение и за сёт чего .
Ростислав, вы очень сильно путаетесь в понятиях и физических сущностях 🙂 Поле это не то же самое, что и сила, поле неинформационно, трос не создает поле, как и проводник не создает мощности, в проводнике нет никакой информации о мощности, напряжение вторично — хотя ОТ НЕГО зависит мощность, но определяется всё током, протекающим по проводнику. Различные значения напряжения можно получить кучей разных способов, но в любом случае нужно некое устройство — преобразователь, трансформирующий составляющие мощности (напряжение и ток). Такими устройствами могут служить: трансформаторы, преобразователи напряжения, делители тока и напряжения, в какой-то степени усилители, схемы-умножители и т.д. Еще раз повторюсь — нельзя считать, что напряжение зависит от мощности! Мощность зависит от напряжения!
Я не пойму — у вас есть какой-то конуретный вопрос? Потому что получение напряжения различного уровня — задача тривиальная и давно решена кучей способов, поэтому нет смысла говорить об этом, как о проблема, однако в каждой ситуации нужен свой конкретный способ.
Smex Вы согласны с тем что при одной и той же мощности может быть разное напряжение ? Трансформатор повышает напряжение при котором уменьшается ток, а мощность при этом одна и та же. На этом основан принцип передачи электрической энергии. Магнитное поле проводника по которому течёт ток тем больше чем больше ток .Так что магнитное поле по сути информирует о том какой ток протекает в проводнике
Так к чему всё это? К тому, чтобы было? 🙂
Smex К тому что на входе трансформатора может быть например 380 вольт а на выходе -1000 вольт. И есть такой прибор -мегомметр который который может генерировать напряжение и в 1000 и больше вольт
Smex В линиях эектропередач ток очень высокого напряжения и в мегомметре ток высоко напряжения а мощность то ведь не одна и та же
Smex С помощью мегомметра можно получить напряжение до 2500 вольт. 220 вольт котoрые у нас дома в розетке тоже можно с помощью трансформатора преобразовать до 2500 вольт. Есть ли разница между 2500 вольтами полученными с помощью мегомметра и полученными с преобразованием 220 вольт ?
Да, как минимум это разные значения напряжения 🙂 И насколько я знаю мегомметр генерирует постоянное напряжение, а в розетке — переменное.
Smex Поставьте диодный мост и будет постоянное. Чем отличаются напряжения 1000 вольт полученные через трансформатор от розетки и от мегомметра ? Я не говорю о переменке или постоянном токе, потому как напряжение оно и есть напряжение независимо от того переменка или нет. Я уже на протяжении нескольких дней задаю один и тот же вопрос и не получаю ответа .
На протяжении нескольких дней я увидел кучу разных вопросов, один глупее другого…
Чем отличается напряжение 1000В от напряжения 1000В? Ничем…
Чем отличается напряжение в розетке от напряжения в мегомметре? Уровнем и типом.
Smex Ответа опять нет. Так что по электротехнике вам 2 .Именно эту оценку за подобный ответ вам бы поставили в любом учебном заведении .В мегомметре ток существенно ниже чем он будет если 220 преобразовать в 1000 вольт. То есть мощность мегомметра намного меньше мощности которая у нас в розетке. Но всё таки звучит забавно что 1000 вольт может отличаться уровнем и типом .Так что вопрос — Чем отличаются напряжения 1000 вольт полученные через трансформатор от розетки и от мегомметра ? поставил вас в тупик
Очень жаль, что нахватавшись умных слов, некоторые люди не умеют выражать свои мысли и до сих пор не научились читать… А то, что два напряжения отличаются друг от друга током и мощностью я запомню, из этого выйдет наплохая шутка 😀
Smex В розетке у нас 220 вольт которые можно преобразовать в тысячу вольт. Мегомметр тоже без проблем может выдать 1000 вольт .Как считаете что для человека будет более ощутимо 1000 вольт из ,грубо говоря ,розетки или от мегомметра ?
Smex Можно из 220 v получить 1000 v ?
слово розетка у многих это мощьный источник тока который может движек крутить и даже убить. 220 вольт это да много а 1000 это страшно. но не напряжения бояться надо а тока который может протечь.
1. из 220 В из «розетки» мы можем получить 3500 ват так как 16 Ампер ток обычно оттуда максимальный(автомат на 16 А) Р=220*16=3520 Вт
далее его 220 преобразовываем в 1000 вольт при тойже мощьности получаем 3.5 А т.к. I=P\U=3520\1000=3.5 А а для смерти человека достаточно 0.1 А вот и думайте.
2. у мегаометра пусть хоть 20 000 В более 0.003 А он не дает. это ток который человек ощющает но не убивает.(если только человек не напугается до разрыва ресдца)
3. напряжение можно как понижать так и повышать хоть сколько угодно. пример 3 В батарейка в электрошокере на выходе 50 000 Вольт.
4. В коментариях было сказано Элкетронщики у нас слабые — НЕТ Такой профессии ЕСТЬ ЭЛЕКТРОНИК или ИНЖЕНЕР-ЭЛЕКТРОНИК профессия по стандарту РФ. и не мало их хороших просто китай и япония давит своим большим развитием и в этом мы все с вами виноваты покупая за 30 руб радиоприемник. если детали оттуда только стоят для тако-го же 100 р. и нет никакого желания что-то разрабатывать если это все не рентабельно. сделать занавес и не ввозить продукцию зарубежную тоже плохо, вернуться в 80 г. развития и 8-битный ЭВМ с оперативной памятью 48 килобайт не все захотят.
и еще не маловажный аспект. в нашем городе проще мясом торговать чем инженером работать. недавно только 3 предприятия начали работать на космическую промышленность и релейную защиту Государство спонсирует предприятие держится.
Что-то отвлеклись от задачи, которая дана в статье. Я считаю, что в первом случае не доберутся, а во втором доберутся. Да, в розетке нет никаких электронов. Электроны в проводах. Они побегут во Владивосток. Другой вопрос успеют ли они добежать до Владивостока за 0,02 с, при которых напряжение поменяет свой знак? А вот при включении аккумулятора на достаточно длительный срок электроны всё-таки доберутся до Владивостока, я на это надеюсь :-).
Seorubl, Вы наполовину правы. Действительно, за 0.02с электроны пробежать 9 тыс. км. не успеют, однако у этого явления есть своя причина, основанная на физике движения электронов в материале. Попробуйте догадаться — какая. А вот касательно подключения аккумулятора ответ неверный.
Почитал, что пишут в учебниках по движению электронов и ничего хорошего не нашёл. У меня есть предположение, что электроны не бегут таким прямолинейным потоком. На них действует в том числе эффекты от теплового движения. Они отталкиваются от других электронов, сталкиваются с положительными ионами в процессе своего дрейфа. Могут присоединяться к этим ионам и прекращать своё движение. Но что им мешает снова оторваться и пуститься в путь до Владивостока? Что всё-таки происходит, почему электроны не могут дойти до Владивостока при включении аккумулятора? Несмотря на некоторую хаотичность движения электроны всё же потихоньку движутся в сторону Владивостока?
1.Электроны сами по себе имеют малую скорость перемещения от точки А. до точки В. высокая скорость присутствует только в хаотическом движении электронов и при соударении с друг другом они в итоге практически остаются на месте с точки зрения перемещения.
2. при подключении аккумулятора к проводам и лампочки(нагрузка)вдоль проводников возникает (окутывает)электромагнитное поле со скоростью света и под действием этого поля электроны приобретают и свое хаотическое движение и направленное от минуса к плюсу(в учебниках ошибка которая говорит что от плюса к минусу, но так как это не принципиально и все привыкли что от плюса к минусу поэтому везде и принимают что от плюса к минусу в действительности электромагнитное поле распространяется от плюса к минусу а реально электроны бегут от минуса к плюсу)если взять 1 электрон и следить за ним то он даже направленно движется очень медленно не помню точно но где-то 2мм в секунду. НО т.к. существует эффект «домино на столе» то те электроны которые только продвинулись от плюса к минусу они проталкивают рядом стоящие и т.д. и такая цепная реакция со скоростью света подает электрический ток от источника к потребителю.
3. от аккумулятора до Владивостока ток дойдет но это чисто теретически т.к. напряжение на аккумуляторе 12В а сопротивление проводов может достигать 1 М Ом (1 000 000 Ом)что сможет только провести ток равный 0,0000012 А а это значит что никакаЯ лампочка не загорится т.к. ток для лампочки нужен от 0,12 А.
4. Поэтому линии электропередач на дальние расстояния делают 110,220,600 кВ чтобы сопротивление проводов не влияло на передачу электричества и минимум потери по пути так сказать.
Seorubl, дело в том, что без внешнего электромагнитного поля электроны в проводнике имеют хаотическое движение и перемещаются куда угодно по проводнику (вдоль, поперек, по диагонали, по спирали и т.д.). Поэтому сумма всех векторов скоростей электронов в любой момент времени равна 0. При приложении внешнего поля движение электронов остается хаотичным (!), но к собственному вектору скорости добавляется составляющая, параллельная вектору распространения поля. И, поскольку данный вектор добавляется к скорости КАЖДОГО электрона, то сумма векторов уже не равна 0, и говорят, что электроны стали двигаться упорядоченно (как бы с небольшим дрейфом вдоль линий поля). так же это называют нескомпенсированным движением, поскольку электроны направлено двигаются, хотя до приложения поля они как бы «вертелись» вокруг одной точки.
Евгений совершенно верно заметил, что скорость электронов составляет единицы мм/сек. Однако, это усредненная величина, рассчитанная из теории вероятности. Некоторые электроны вполне могут перемещаться в проводнике с гораздо большими скоростями, а некоторые — вообще перемещаться в противоположном направлении. Однако за счет нескомпенсированного внешнего поля ток по проводнику будет протекать в ОДНОМ направлении, пока поле не поменяет свой знак.
Так же все верно и про эффект домино. Здесь важно понять, что электрический ток это не сами по себе электроны, а распространяемая ими электромагнитная волна, вот ее фронт действительно движется практически со скоростью света, поэтому лампа загорится довольно быстро (а мы пренебрегли внешними условиями в задаче и считаем, что она действительно загорится).
Теперь вернемся к электронам. Поскольку их скорость перемещения в среднем мала, то время, необходимое, чтобы добраться из Москвы во Владивосток, требуется большое, однако, из теории вероятности известно, что вероятность хаотических процессов обратно пропорциональная времени, т.е. чем дольше электрон «ползет» тем больше вероятность, что он столкнется, застрянет или подвернет ногу и остановится. Поэтому условно можно считать, что электроны НЕ доберутся до Владивостока, поскольку вероятность этого события «крайне мала» (с).
Если бы Чак Норрис был электроном — он бы добрался, да…
Надеюсь, удалось разъяснить этот момент?
Спасибо за разъяснение. Понятно, примерно так я и думал. Просто хотел решить эту задачу в рамках информации данной в статье.
Я думал что электроны не доберутся так как ток в розетке переменный и заряды туда сюда ходят)
Я вот мучаюсь уже долго и не могу понять почему напряжение нельзя определить в количестве электронов(кулонов). Ведь напряжение это разность потенциалов, а частицами потенциалов являются электроны. Я вот себе пояснил что 12 вольт в аккумуляторе это значит что на отрицательном выводе собралось N количество электронов и именно поэтому там 12 вольт). Почитал книгу Занимательная Электроника но ответа тоже не нашел, видимо где то ошибаюсь
Картинка с пропихиванием тока через узкое место отличная, теперь перед глазами стоит всё время)
Алексей вот и паримся потому что никто толком не может объяснить что же из себя представляет напряжение и каким образом оно может меняться с нескольких вольт до тысячи .Дело в том что напряжение сравнивают с давлением ,а ток с количеством воды которое прошло в трубе за единицу времени . Но каким образом давление, грубо говоря и для простоты понимания ,в 9 килограмм преобразовать в 100 килограмм, не применяя при этом никаких дополнительных усилий
Удивительное свойство человека всё объяснять при этом не понимая суть)
Для меня более менее подходящее объяснение было из книги «транзистор это просто»
Любознайкин — Напряжение — это в некотором роде давление, которое оказывает на электроны разница в электрическом состоянии концов проводника.
Незнайкин — Это дьвольски сложно и неясно.
Любознайкин —
Да нет же, это очень просто. Как я тебе говорил, соотношение электронов и протонов определяет электрическое состояние или потенциал атома. Представь себе, что у тебя два атома. В первом не хватает трех электронов, а во втором пяти.
Незнайкин — Оба положительны. И,если я осмелюсь сказать, второй атом более положителен, чем первый.
Любознайкин — Надо осмелиться, так какэто так и есть. Но хотя оба атома положительны, можно также сказать, что относительно второго первый является отрицательным.
Незнайкин — Вот так штука!… В жизни все относительно.
Любознайкин —
Конечно. Например, из двух людей, имеющих деньги, тот, кто имеет 10 руб., беден по сравнению с другим, у которого их сотни, но богат по сравнению с третим, у которого все «богатство» в 1000 руб. долгу. В мире атомов тот атом, который лишен трех электронов, менее отрицателен, по отношению к тому, у которого не хватает десяти электронов, и положителен по отношению к тому, который имеет избыток в два электрона. Потенциалы этих трех атомов различны.
Незнайкин — А разница потенциалов измеряется разницей в числе электронов?
Любознайкин — Можно было бы так сделать. Но практически разность потенциалов, или, что равномерно, напряжение, измеряется в вольтах (В). Вольт — это напряжение, которое будучи приложено к концам проводника с сопротивлением в 1Ом, создает ток солой 1А.
Незнайкин — Таким образом, есл я хорошо понял. напряжение — это вид
электрического давления, которое толкает электроны от одного конца проводника к другому?
Любознайкин — Совершенно верно. И ты легко догадаешься, что чем больше напряжение…
Незнайкин — …тем больше сила тока.
Любознайкин — И наоборот, чем больше сопротивление…
Незнайкин -… тем меньше сила тока.
Любознайкин — Таким образом мы только что вновь открыли основной закон электричества — ЗАКОН ОМА. Сокращенно говорят, что ток равен напряжению, деленному на сопротивление(##).
А вот эту фразу я е понял:
Незнайкин — А разница потенциалов измеряется разницей в числе электронов?
Любознайкин — Можно было бы так сделать.
Чего можно было и так сделать? Это так или не так??
Я уже начинаю думать что те кто пишет такие книги сами не в курсе. Электрон же дуален он и частица и волна. Ну и написали бы что мол так и так, простите, сами не в курсе, разбираемся)
А то смотрите как всё просто!
Алексей У нас и в школах в основном зубрёжка Но как говорится и попугай сможет выучить и произнести слово -физика но смысла этого слова он никогда не поймёт Давление в трубе само себя повысит не может то если если в трубе давление грубо говоря 10 кг то ведь никак из 10 оно 100 не станет
Нет, не доберутся.
Это связано с тем, что эл. ток на участке цепи приближенном к лампе во Владивостоке будет состоять из зарядов которые поступили в цепь из проводников находящихся уже во Владивостоке, а вот привело их в движение эл. магнитное поле которое образовалось благодаря созданию генератором в Москве разности потенциалов и замыканию эл. цепи. Эл. магнитное поле распространяется с огромной скоростью, а вот электроны передвигаются значительно медленнее. На пути от Москвы до Владивостока электроны из розетки по пути движения встретили столько преград, попали под влияние стольких факторов, что добраться до Владивостока им никак не выйдет)
Если же мы подключим лампочку к аккумулятору который находиться в Москве, то все зависит от емкости аккумулятора, хватит ли ее на то чтобы обеспечить разность потенциалов на столь продолжительном участке.
Я эти процессы понимаю по другому. Как пишут в учебниках, с точки зрения современной теории, электрическое и магнитное поля есть проявления одного поля — электромагнитного. Что такое электромагнитное поле (как и гравитационное) неизвестно. Известны лишь некоторые проявления (свойства) этого поля. Вокруг заряженной частицы или проводника возникает магнитное поле, которое характеризуется величиной и направлением, которые не зависят от расположения внешних заряженных тел или частиц. Электрическое поле проявляет себя (как бы появляется) при взаимодействии двух тел (проводников и т.п.) или заряженных частиц и направлено по линии тела соединяющие. Направление электрического и магнитного полей, как правило, отличаются друг от друга и никак не связаны между собой, хотя являются проявлениями одного электромагнитного поля.
Исправьте
(является векторной величиной: одноимённые заряды притягиваются, разноимённые – отталкиваются).
Добрый день! Рисунок 1 — это строение атома, а не электрона. Поправьте, пожалуйста.
Ну и Рисунок 1.3 заодно 🙂
Электрон московский не доберёться до дального востока,принцеп распределения энергии другой,нежели описанный в эл.технеки.только на
траспоте.
С новым годом!Всего Вам доброго! Александр.
На основе практики доказать интерес вопросы,а именно переменное напряжение
попадает от трансформаторов 6,3./0,4 кв.передается на большие расстояния с
повторением.Во избежания падения напряжения без учета получения.Этого условия не будет соблюдено до Владивостока напряжение не дойдет.В прославить общество показано на сварочном напряжении.1-ой,вторичной обмотки 65 вольт с регулировкой тока (Вы можете варить,резать металл.)Это целая наука,мощность при любых напряжениях одинакова,Для этой цели служат автотрансформаторы,трансформаторы повышать понижать напряжение.Разница эл-двигатели напряжение 12-36 сечение провода повышается,а также в лампах 12- 36 вольт.Для измерение приборов тока
провода в пределах 4 кв.Существуют тр-ры вторичная ток до 1000 ам,можна получить ожог.Вы задайте в моем профиле вопросы постараюсь ответить.
Постоянное напряжение на расстояние не передается виду падения напряжения до Владивостока не дойдет.Переноски пользуются 12-36 вольт,
ток безопасен для жизни человека,разделите на сопротивление человека
зависит от состояния 600 ом =0,02 ампера и.т.д.Смертельный считается 0.1а.Мне надо подкрепление совместно создать не ясные вопросы.По поводу
нет приборов замерить напряжение оденьте шерстяную одежду в темном месте
летят искры,одеваете майку с с кружочками отверсий синтетику по Вашему телу проходят заряды.По постоянному напряжение описание сделал какие явления происходят этой теории не мешало подключить ученных с изложением грамотно теории изложением,утрем нос всем странам Мира.
Очень понравился ответ Евгения , но как он узнал с какой скоростью движутся электроны на самом деле ? Всю жизнь нас в школе и по книжкам учили что электроны это поток заряженных частиц , что вот эти вот шарики минусы текут потоком , а тут оказывается и не текут и не быстро совсем а со скоростью улитки.
Но раз они так медленно движутся значит и нет такого понятия как течение тока, а есть понятие последовательная передача заряда, хотя и это не верно заряд то по сути и есть электрон а они как мы поняли ни куда не текут . Значит выходит нечто вроде последовательного по цепочке возбуждения електронов в поле , которые начианею хаотично двигаться и выходить за пределы своих привычных орбит попадая на орбиты соседних электронов , то т.к при подаче напряжения поле охватывает весь проводник то электроны в каждом атоме становяться инициаторами этого эффекта домино .
В розетке у нас 220 вольт которые можно преобразовать в тысячу вольт. Мегомметр тоже без проблем может выдать 1000 вольт .Как считаете что для человека будет более ощутимо 1000 вольт из ,грубо говоря ,розетки или от мегомметра ?Этот вопрос мной был задан 06.12.2012 22:29 .Ответ прост — ощутимей будет напряжение 1000 вольт преобразованное из 220 .Мы выясняли каким образом давление, грубо говоря и для простоты понимания ,в 9 килограмм преобразовать в 100 килограмм, не применяя при этом никаких дополнительных усилий .
Раньше я считал первичным и по сути неизменным должно быть напряжение .Но а может быть справедливо считать мощность неизменным фактором .Ведь как видим из закона Ома и его производных меняться может и ток и напряжение а мощность при этом остаётся неизменной .Хотя тут говорили что напряжение вторично — но ОТ НЕГО зависит мощность, а определяется всё током, протекающим по проводнику.
РОСТИСЛАВ, я склонен считать Вас странной личность со склонностью к ФГМ. Вы за 5 лет не смогли разобраться в вопросе. Вы спрашиваете, как 9 килограмм преобразовать в 100 килограмм, не применяя при этом никаких дополнительных усилий, при этом сами повышаете 220В в 1000В прибегая к трансформатору — это ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ усилие, каждый школьник обладает этим знанием, а вы сами себе зачем-то противоречите. Как Вам верно уже объяснили напряжение 1000В=1000В. Вам даже про ощущения от ударом ТОКА (от мегометра и розетки) человеческой личности рассказали. А вы опять про мощность. При этом вы не поясняете о какой мощности идет речь, но я сделаю осторожное предположение — мощность источника питания, верно же? При этом забываете, а скорее всего не знаете, что существует еще мощность нагрузки (полная, активная, разная…). А еще, есть такое понятие, как проводник и его сопротивление. А еще есть понятие недозагрузка и перегрузка. Много чего честь и всё это… эмм, как это по Вашему будет? -… тесно связано информационным полем;) Суть высокого напряжения — уменьшение потерь, доставка большего тока на большие расстояния. Отвечая на Ваш вопрос, 220В из розетки — опасно для жизни, но не радуйтесь преждевременно, я сейчас к току перейду, так вот, принято считать (гы-гы-гы), что розетка является источником бесконечной энергии (хрень полная, но так Вам в школе, наверняка, рассказывали)))… ну ладно, пусть будет 11кВт/220В=50А это рядовая подведенная мощность к большинству квартир. Ещё раз, мощность ввода в вашу квартиру = 11кВт, при напряжении 220В, максимальный ток ограниченный автоматом в распределительном межэтажном щите на вашу жил.площадь 50А, ввод организован открытой медной проводкой (шутка, кабелем) 6мм2, принято считать, что смертельный ток для человека = 0,1 А. Вы ставите эксперимент, включили камеру, перед Вами зеркало, распечатка «Лицевой шкалы боли», кабельный ввод с зачищенными концами… Бррр…скучно(( Разнообразим процесс, Вы принимаете ванную, в наполненной ванной, соответственно;) Поскольку Вы в физике бог от слова гад, Вы зачем-то организовали кабельный ввод прям над ванной, кабели весят в «воздухе» (закреплены виниловой стяжкой), у Вас горит свеча, Вы читаете «электронщик — не чайник», короче — романтика. И тут стяжка рвётся, кабель падает в ванную, тоннель, свет… Успели ли вы, что-то почувствовать? Вопрос очень сложный и неоднозначный… Далее, к Вам подсоединили мегомметр (дефибриллятор будущего))) Крутанули и хз что, но допустим тонель кончился, свет погас, опять полумрак и дрожащее пламя свечи в ванной комнате. Почувствовали ли вы что-то в этот раз? Смогло ли это вызвать повреждения синапсов?
Более яркий пример для аккумулятора.: поезд от москвы до владивостока Если в москве сдвинуть первый вагон на 10метров, то во владивостоке последний вагон тоже сдвинется на 10 м через 10-20мин. для переменного тока так же только вагоны будут двигаться туда- сюда.
Какая чушь написана во всех учебниках о том что есть такое электрический ток. Во первых если с точки зрения химии все неорганические вещества есть молекулы состоящие из атомов у которых в свою очередь есть ядро и электроны (валентность), при возникновении в веществе например медь (купрум) электрического тока ( а по современным понятиям это направленное движение заряженных частиц (электронов)), структура этого вещества должна непременно меняться. Пример кусок провода_ берем первый атом и электрон из него пошел к последнему атому провода.Значит первый атом остался без электрона. значит атомы меди в проводе стали неодинаковы? Это чушь. Атомы неизменны. Прогуглите как в электронном микроскопе они выглядят