Prąd elektryczny, czyli co dzieje się z elektronami?

[Marek Kotoński]

Vincent namówił mnie na książkę "Elektronika dla bystrzaków", ponieważ chciałem trochę wyjść ze świata humanizmu do świata praktyczności. Ciekawie wszystko jest opisane, niestety pewne kwestie są mętnie wyjaśniane, nie do końca, a także brak rysunków. Dlatego mam pytanie do znawców:

 

W książce pisze, że prąd "uderza" w przewodnik i elektron uderza w inny, a ten w następny aż do obciążenia w postaci np. żarówki. I teraz nie rozumiem jednego - dawniej czytałem że uderzony elektron leci dalej. Czyli jak jest? elektron mocno drga, odpycha elektron innego atomu i tak to leci?

 

Tak na logike mi się wydaje, że w atomie musi być równowaga - proton plusowy trzyma na "orbice" minusowy elektron, więc jakby poleciał dalej to co z atomem? Czy jest uzupełniany przez inny elektron?

 

Tylko błagam, wytłumaczcie mi to po chłopsku, bo mam praktycznie zerową wiedze o tych tematach.

 

 

[deleteduser10]

W przewodnikach istnieje coś takiego jak elektrony swobodne. To są elektrony, które (chwilowo) nie są częścią żadnego atomu, tzn. nie krążą po orbitach wokół żadnego jądra atomowego, tylko wałęsają się bez ładu i składu w próżni pomiędzy atomami czy cząsteczkami i podlegają tylko wpływom pól siłowych: elektromagnetycznych i elektrostatycznych.

 

Metale zwłaszcza mają taką budowę, że powłoki walencyjne znajdują dość daleko od jąder, które mają ładunek dodatni i przyciągają te elektrony. Ale ze względy na sporą odległość od jądra sily te są słabną. Poza tym inne jądra elektrony walencyjne z innych atomów też przyciągają. Z kolei na te elektrony siły działające są znikome, czują się wolne i tworzą tzw gaz elektronowy, który np pod wpływem przyłożonego napięcia zaczyna się przemieszczać - dryfować w stronę bieguna dodatniego (przyciąganie).

 

Wynika z tego, że te elektrony walencyjne danego atomu są przyciągane przez siły elektrostatyczne innych atomów. Elektrony walencyjne są słabo związane, tzn. że mają małe wartości potencjałów jonizujących, czyli potrzeba małej energii by oderwać elektron z powłoki walencyjnej metali. Atomy oddziałują na siebie wzajemnie siłą elektrostatyczną. Gdy, sąsiadujące atomy zbliżają się dodanego atomu to zaczynają coraz silniej oddziaływać na siłą przyciągania elektrostatycznego na elektrony walencyjne tego atomu. Powoduje to stopniowe osłabianie przyciągania elektronów walencyjnych przez jądro wokół, którego krążą. W pewnym momencie dochodzi do zrównania sił przyciągania elektrostatycznego przez jądro i przyciągania elektrostatycznego przez sąsiednie atomy. Po tym zrównoważeniu sił przyciągania przez sąsiednie atomy i przez jądro, elektrony ulegają uwolnieniu, odczepieniu od atomu.

 

Siły elektryczne (napięcie lub SEM), pochodzące z zewnątrznego żródła też wyciągają z powłok walencyjnych takie elektrony i nadają im uporządkowany ruch celem wyrównania różnicy potencjału w obwodzie.

 

 

Jak powstają elektrony swobodne?

 

Poziomy energetyczne są skutkiem zapisania pewnej postaci hamiltonianu (gdzie masz oddziaływanie elektron-jadra, elektron-elektron). W momencie budowania sieci krystalicznej - sam hamiltonian sie zmienia - bo jest jeszcze cała masa czynników pochodzących od oddziaływania pomiędzy składnikami poszczególnych atomów. Innymi słowy cały obraz fizyczny również sie zmienia.

Skutek jest taki, że w atomach umieszczonych w sieci krystalicznej zamiast poziomow energetycznych są cale pasma energetyczne. W rzeczywistości sa one quasi-ciagle - tzn nadal są dyskretne, ale odleglości między poziomami sa tak niewielkie ( 10^-6 eV), że mozna przyjąć ich ciągłość.
Co wiecej - jako, że z tych poziomow robią sie pasma - to czasami te poziomy mogą sie ze soba stykać, nachodzić na siebie itp. Tak też jest np. w metalu, gdzie pasmo przewodnictwa nachodzi bardzo często na pasmo walencyjne i nie ma tam żadnej przerwy energetycznej.

Sam proces odpowiedzialny za powstawanie tych elektronów przewodnictwa to wlaśnie oddzialywanie między atomami sieci krystalicznej. Także w momencie istnienia kryształu te poziomy posiadają już odpowiednia postać, a elektrony po prostu sobie skaczą miedzy nimi. Co jest wiec przyczyna takiego obrazka - wlaśnie taka, a nie inna postać hamiltonianu.

A skąd przejścia miedzy tymi poziomami? Energia 10^-6 eV jest niezwykle niska i z łatwością moze pochodzić nawet z najmniejszych drgań sieci krystalicznej (fononów). Jeszcze raz zaznacze - tam nie ma juz powloki walencyjnej, ani kolejnego poziomu. Tam są po prostu już pasma skladające sie z tysięcy poziomów energetycznych.

Inna sprawa jeżeli mamy na myśli przejścia między pasmami energetycznymi. Wtedy różnice energii moga być bardzo duże i takie przejścia bardzo trudno wzbudzić. Masz np. półprzewodniki i tam ta przerwa między pasmem walencyjnym i pasmem przewodnictwa jest na tyle mala, że można takie przejścia wywoływać i "przeskoczyć" np. światłem. Podczas gdy w izolatorach (inaczej dielektrykach) te odleglości są zbyt duże (a raczej trzeba np. napięcia rzędu kV).

[SledgeHammer]

Marek masz tutaj, juz łatwiej się nie da

 

http://www.fizykon.org/elektrycznosc/el_co_to_jest_prad_elektryczny.htm

 

@Vincent

 

Genialnie - a nie można by prościej.

Bo jak wszyscy wiemy Marek skończył Polibude na wydziale elektrycznym , kierunek "Elektrotechnika"

Edytowane 19 Listopada 2015 przez SledgeHammer

[deleteduser10]

Starałem się pisać najprościej jak umiem.

 

Marek, jeszcze jedno - elektron uderzając w żarnik oddaje swoją energię która jest emitowana w postaci światła jak i ciepła.

 

Wystarczy zmierzyć napięcie obwodu zaraz za żarówką, żeby stwierdzić że mieliśmy spadek potencjału na rezystancji (żarówce). To jest właśnie ten wykorzystany potencjał strumienia elektronów.

[Marek Kotoński]

Vinc, dzięki ale nie dałem rady, prosiłem o proste tłumaczenie - nie rozumiem z tekstu o który chodzi i o którym elektronie jest aktualne mówione.

 

Sledge - dzięki, przeczytam jak się uspokoję po lekturze o walencyjnych

[deleteduser10]

Siła zewnętrzna (napięcie) pcha elektron do przodu, a jako że nosi on ładunek ujemny, a minusy się odpychają, popycha on kolejny elektron do przodu.

 

Prościej się wyjaśnić nie da.

[wroński]

Marek. Nie słuchaj ich. To czary.

 

Kręcąc korbą wzywasz jedno M`zimu a ono straszy inne, mniejsze M`zimu i tak dalej. Dotykanie M`zimu jest niedobre więc M`zimu robi ręce kuku.

Szczególnie niebezpieczne jest duże M`zimu. Ono potrafi nawet spopielić człowieka.

M`zimu przejawiają się czasem jako pioruny i takie.

Edytowane 19 Listopada 2015 przez wroński

[Marek Kotoński]

Vincent - czyli w skrócie jest jak pisałem, jeden popycha drugi? No i o to mi chodziło, dzięki.

 

Wroński - dzięki, teraz już zrozumiałem

[deleteduser10]

Vincent - czyli w skrócie jest jak pisałem, jeden popycha drugi? No i o to mi chodziło, dzięki.

 

Dokładnie tak. A ja się tak rozgadałem...

[Enemy]

Tak przy okazji, jest taka fajna książka pt. "Co Einstein powiedział swojemu fryzjerowi". Tam jest dużo takich różnych naukowych spraw wyjaśnionych banalnym językiem 

[deleteduser10]

 

"Najlepsiejszy" kanał na YouTube. Polecam!

[Grzegorz]

Ja mam od pradu I elektroniki fachowcow. Jak czegos nie kumam to place, take zycie.

Wole prostsze rozkminy, np temat jak bardzo baby sa popierdolone.

[deleteduser10]

Wole prostsze rozkminy, np temat jak bardzo baby sa popierdolone.

 

A mnie to nudzi od długiego czasu i uważam że wszystko w tym temacie zostało powiedziane.

[Grzegorz]

A mnie to nudzi od długiego czasu i uważam że wszystko w tym temacie zostało powiedziane.

Ten temat jest nie skonczony, tak jak glupota I perfidia bab.