Напряжение, Заряд, Ток

[sgur]

Нельзя смешивать в одну куду стационарные и переходные процессы, плотность тока проводимости и плотность тока смещения. Перед обсуждением нужно обязательно описывать эти условия, тогда многие противоречия исчезнут сами сосбой. Например, в стационарном случае в проводнике ток смещения мал и его не учитывают. Зато при замыкании ключа нужно рассматривать переходной процесс, а вот там он м.б. просто огромным, т.к. равен скорости изменения индукции - dD/Dt. Уже только отсюда следует, что введение в цепь гасящих дросселей может уменьшить главный поражающий фактор.
Например

[sector+]

... плотность тока проводимости и плотность тока смещения...  Например, в стационарном случае в проводнике ток смещения мал и его не учитывают. Зато при замыкании ключа нужно рассматривать переходной процесс, а вот там он м.б. просто огромным, т.к. равен скорости изменения индукции - dD/Dt. Уже только отсюда следует, что введение в цепь гасящих дросселей может уменьшить главный поражающий фактор.
Например

Вообще-то током смещения называют не скорость изменения индукции.
Но не суть.
Никто ничего в кучу не смешивал. Просто модель должна адекватно работать и в отношении стационарных процессов и в отношении переходных.
Замечание относительно гасящих дросселей - принимается.

[Vasilius]

Vasilius

Удаляешь неудобное?
Правда глаза режет?
Или ответить нечем?

Что именно не удобное? Для меня все удобное, кроме флуда.
Какая именно правда, ваша? Так это не аргумент.
Отвечать на что, если вопрос от вас не задан?

Желаете поговорить об этом, пишите в личку. Дальнейшее обсуждение здесь - Флуд, с последствиями в виде Бана.

[berserk]

я бы дополнил ЭЭХ
поместите эту трубу с водой в воду и там уже создайте давление (разность потенциалов)
движение воды в трубе вызовет движение воды поверх трубы в обратном направлении, выравнивание разности давления, причем по наименьшей траектории
с одной стороны движение среды в проводнике, с другой - в диэлектрике
сворачивая трубу(проводник) в соленоид мы сокращаем расстояние для выравнивания давления между точками трубы
и перестаньте рассматривать "заряд" как монополь, только диполь, иначе не было бы поляризации среды
(+-)(+-)(+-)(+-)
ток в проводнике
напряжение в диэлектрике (скинслой)
напряжение не зависит от толщины проводника, чего не скажешь о токе

[Vasilius]

Есть два шара один зарядили электронами передав ему 10 Кулон другому 100 Кулон. На каком шаре плюс, а на каком минус?
Школьная задачка.

[Vasilius]

Разность давления электронов или разность в количестве электронов. Иногда + и - надо воспринимать не как положительный и отрицательный заряды, а как разность в их количестве или давлении.

[Vasilius]

Если количество электронов в шарах не меняется получаем постоянное давление или напряжение между шарами.

[Vasilius]

Наверное не понял вопроса. Я говорил про давление между шарами, а насчет одного шара согласен. Законы физики не оспариваю, т.к. они подтверждены опытами.

[Vasilius]

проведем мысленный опыт, два заряженных шара, заряжены от одного источника, но количество заряда разное. Неужели от этого получилась разница в количестве электронов? В шарах оно осталось не изменно, но количество переместившихся на поверхность разное, для удержания заряда.

Если я правильно ход мыслей то заряд и электрон это разные вещи?

[Vasilius]

Так. Если меняется заряд шара то меняется и количество электронов в этом шаре. Правильно?
От источника мы передали заряды (электроны) одному и другому шару, но разное количество. Как может количество электронов остаться прежним?
Если в расчет взять и источник зарядов (электронов), то, естественно общее количество электронов осталось неизменным. Но, в условии примера об этом не говорилось.

[sector+]

Ещё один парадокс гидродинамической (или газовой) модели заключается в следующем.
Модель подразумевает, что ток аналогичен протеканию газа по трубам. Соответственно, газ перетекает из области большого давления в область малого давления. Давление газа при этом определяется его плотностью и температурой - т.е. скоростью движения молекул газа. Газ электронов при этом несколько отличается от идеального газа тем, что при нормальных условиях (T=293К) он находится в конденсированном состоянии, и максимальная скорость электронов (ферми-скорость) не является независимой переменной (как T и P в идеальном газе), а является функцией плотности. Так что для газа электронов давление является только функцией плотности, и от температуры практически не зависит.
Так вот, согласно гидродинамической модели, разность потенциалов на полюсах батареи соответствует разнице в плотностях электронного газа на этих полюсах. Т.е. на одном полюсе плотность электронов выше, а на другом ниже.
При этом в принципе не важно, что избыточный заряд (как отрицательный, так и положительный при недостатке электронов) скапливается на поверхности проводника. Вместо объемной плотности заряда - вполне можно говорить о поверхностной плотности. Так что на отрицательном полюсе батареи выше поверхностная плотность отрицательных зарядов, на положительном - положительных.
(Хотя вполне допустим и пример Василиуса, где разность потенциалов создается дифференциалом поверхностной плотности отрицательного заряда... но это не в случае батареи, где заряд перебрасывается с одного полюса на другой).

Так вот, собственно сам парадокс.
Казалось бы, если к отрицательному полюсу батареи присоединить одну обкладку конденсатора, оставив вторую обкладку свободной, то поверхностная плотность заряда на присоединенной обкладке должна сравняться с поверхностной плотностью заряда на отрицательном полюсе батареи. Затем, если эту обкладку отсоединить, оставить свободной, а вторую - присоединить к положительному полюсу, то поверхностная плотность заряда на присоединенной обкладке - согласно гидродинамической модели - как жидкость в сообщающихся сосудах - должна сравняться с поверхностной плотностью заряда на положительной клемме батареи.
Соответственно, после отсоединения конденсатора от батареи, на одной обкладке конденсатора должно быть так, что поверхностная плотность заряда останется такой, как на отрицательном полюсе батареи, а на второй обкладке - как на положительном полюсе. Т.е. разность потенциалов на обкладках конденсатора должна быть такой же, как и на полюсах батареи.
Однако в эксперименте все не так: сколько конденсатор не подсоединяй попеременно обкладками к батарее - зарядить конденсатор таким образом не удается.
В этом парадокс.

[berserk]

sector+, почти
представь себе такую трубу
как должно скомпенсироваться давление(разность потенциалов) и что за что отвечает?
__>>>___
- <<<< +
__>>>___

и пора уже отказаться от от понятия "заряд" как монополя
наш мир дуален и заряд(ячейка эфира) имеет как минимум 2 противоположных по знаку "момента" - типа диполь, либо квадрополь, а может и более

[viktorius64]

Отличная тема! "Вы хотите рассказов про ток? Их есть у меня!" Только вот с чего начать?

Давайте наверное с того где "прячется" передаваемая энергия, а то вы параллельные миры напридумываете на ровном месте! Энергия спрятана в напряжении электрических полей электронов. Электроны не все принимают участие в процессе тока электронов а только, те которые могут, которые не ломают решётку и которые на поверхности. Называются они электроны проводимости. Это просто носители. Каждый электрон есть электрическое возбуждение в среде, и поэтому вокруг него всегда есть электрическое поле, компенсирующее это возбуждение. Количество этого возбуждения называется электрический заряд и это название имеет только единственное число. Электронов очень много. И всего один Кулон это 6, 28*10 в 18 степени. 1 Ампер это 1 Кулон за секунду через сечение. И это только электроны проводимости! Для примера рассмотрим два электрона "бодающихся" полями. То как сжаты поля характеризует количество энергии заключённой в этом сжатии. Количество энергии передаваемой процессом так и считают напряжение полей (порция энергии) умножают на количество электронов с такими порциями. Если к лампочке пришли 100 электронов сто и уйдут, и скорость их, и форма тока, и плотность тока, и все другие характеристики процесса будут одинаковы, что до лампочки, что после. Разниться будет только количество энергии "заключённое" в сжатии полей. Степень сжатия полей определяется напряжением полей, т.е. разницей потенциалов между двумя точками. Любой провод есть нагрузка, но мы будем считать их идеальными. Допустим, что сопротивление есть только в нагрузке. В проводе от источника до нагрузки поля всех электронов, принимающих участие в процессе тока, будут сжаты потому, что электроны надо проталкивать. В проводе после нагрузки и до источника поля электронов будут не сжаты (в проводах нет сопротивления). Разница в потенциалах полей до нагрузки и после есть показатель того сколько из поля каждого электрона энергии осталось в нагрузке, иначе её называют "падением напряжения на участке цепи". Мощность выделенную в нагрузке так и считают: падение напряжения умножают на количество электронов, прошедших через нагрузку за время.

Напряжение электрического тока есть производная двух сил: ЭДС и сопротивления. Нет того или другого - нет напряжения.

Процесс тока аналогичен другим, в том числе и чисто механическим процессам передачи мощности, отсюда и название - "цепь". Главной характеристикой этого процесса является равенство ушедших и вернувшихся звеньев.
Напряжение в полях электронов бывает по совершенно разным причинам, и то напряжение, которое получается в процессе тока электронов, есть только дополнительное напряжение к уже существующим. Это приращение, эта дельта, полученная в процессе тока и называется напряжением тока электронов. К слову, электрическое поле всегда одно, и является результатом суммирования электрических возбуждений. Иногда это помогает. Например для того, чтобы в сварочных аппаратах создать искру при мощном токе и малом его напряжении (величина искрового промежутка определяется разницей потенциалов) на электроды "засылают" электроны с очень большим напряжением и в результате разница потенциалов общего поля становиться высокой, что поддерживает искровую дугу.

Главное - электроны всего лишь звенья в цепи передачи энергии. Электрические поля электронов, также как и сами электроны - инструмент. Величина заряда электрона не имеет отношения к передаваемой мощности, как лопата бульдозера не говорит о его мощности.
Запутка в которой ток электронов смешивают с движением электрического заряда на совести академиков периода Вольты.
И последнее на сегодня - электроны двигаются в противоположном направлении указанному на схемах стрелками направлению электрического тока. Просто отделите два понятия ток электронов и электрический заряд.

В токе электронов электрический заряд электрона (причина появления электрического поля) - инструмент создающий эл. поле, с помощью которого и передаётся энергия. Также в ЭМ генераторах магнитный поток (причина появления МП) инструмент, и поэтому ток возбуждения в ЭМ генераторах может быть в разы меньше тока нагрузки. Инструмент может быть и дешёвым, "китайским", главное - производительность.

[viktorius64]

Теперь о скорости электрического тока и передаче мощности.
Первое. Мне всегда "умники" делают замечание о том, что мощность не может передаваться а передаётся энергия. Сразу и расставим точки над "и". Если мы говорим о передаче энергии, то декларируем факт, а если говорим о передаче мощности, то уже характеризуем систему, ибо мощность это КОЛИЧЕСТВО энергии за ВРЕМЯ.
Итак. Представим себе, что электроны это вагоны. Допустим, есть у нас такой гипотетический поезд, длиннющий, от Калинингоада до Владивостока. Сцепки вагонов будут у нас выполнять роль полей, это то, чем толкаются вагоны, взаимодействуют. Мощность локомотива это ЭДС. Изначально вагоны стоят и сцепки их не напряжены (напряжения нет). Вот подходит локомотив и упирается в первый вагон, а состав стоит! Сила трения во всём составе намного больше силы, с которой нажимает локомотив, и локомотив нажимает сильнее. По сцепкам вагонов от Калининграда до Владивостока бежит волна напряжения. Скорость её определяется скоростью распространения этой самой волны в материале сцепок, в случае с вагонами это будет скорость распространения упругой волны в металле, а в случае с эл. цепью это будет скорость распространения ЭМ волны в материале проводника. Это отнюдь не скорость света, ибо скорость распространения ЭМ волны в веществах различна, в воде например в 9 раз медленнее, чем в воздухе, но всё равно это гигантская скорость распространения и для нас можно считать её световой, ибо разница для постоянного тока не велика. Мы переходные процессы пока не рассматриваем.
В общем локомотив "напрягается", напряжение полей-сцепок растёт и в момент когда общее количество энергии, заключённое в сцепках превысит силу трения (сопротивление), начнётся процесс движения состава. Мне тут "умники" на одном из форумов сделали замечание, что состав не одновременно трогается а сначала один вагон потом два и т.д. Возможно у состав и так, но у тока электронов движение начинается почти мгновенно, поэтому, будем считать одновременно.
Закрепляем. Напряжение распространяется почти мгновенно, реальная скорость носителей очень невелика.
Для того чтобы первый вагон во Владивостоке сдвинул с путей мешающий грузовик с пьяным водителем, нужны два условия. Первое между грузовиком и первым вагоном должны напрячься сцепки-связи (какие уж получились при столкновении) и второе - вагон должен двигаться. Т.е. для передачи мощности током электронов необходимо сочетать два условия - движение носителей и напряжение полей. В "миру" это называют совмещение по фазе тока и напряжения. Но это в переменном токе.
Все сопротивления, называемые реактивными - производные от понятия "передача мощности". Они не столько иногда сопротивляются току как таковому, сколько пагубно влияют на сам процесс передачи мощности от источника к нагрузке. Для потребителя (нагрузки) это выглядит так, как будто кто-то "ворует" энергию, как лишняя нагрузка, как сопротивление стоящее между источником и нагрузкой. Возьмём к примеру конденсатор. Если параллельно нагрузке мы подключим конденсатор, то ток электроном ломанётся сначала туда а не в нагрузку, ибо сопротивление пустого конденсатора почти нулевое, а поля на противоположной обкладке манят!!!! Какое уж тут в реальности сопротивление току?!! Для источника что конденсатор, что активная нагрузка одно и то же, только конденсатор на первых порах предпочтительней - сопротивления то нет!!!. И электроны ломятся в конденсатор, а с противоположной обкладки уходят в источник. Ток есть, а вот с напряжением засада. В первое время, электроны несутся к противоположной обкладке без напряжения, в аналогии с составом ёмкость уподобим взорванному мосту -  вагоны падают вниз. Какая уж там сила напряжения сцепок, веса и того у вагонов в момент падения нет! А раз нет напряжения, то при наличии движения нет и передачи мощности. И только когда электроны начинают заполнять конденсатор, начинается передача мощности по цепи. А для нагрузки эта ситуация вообще плачевна. Какого бы сопротивления она не была, в первый момент пустой конденсатор всё равно перехватит потоки. И только потом, с ростом напряжения полей электронов в конденсаторе, на нагрузке начнёт расти мощность, передаваемая током электронов вместе с количеством прошедших электронов и напряжением их электрических полей. Всё как завещали великие товарищи Кирхгофф и Ом.
Закрепляем. Для передачи мощности важно совпадение двух условий: движение носителей и напряжение связей между ними. Все реактивные сопротивления называются так потому, что препятствуют своим существованием передаче мощности на нагрузку, по аналогии с последовательно включенным с нагрузкой сопротивлением. Все реактивные сопротивления являются таковыми только в моменты изменения процесса тока электронов. В установившемся режиме тока электронов реактивных сопротивлений нет.

[viktorius64]

Что касается электрического заряда и тока электронов. Тут одна из самых больших в истории науки запуток. (ИМХО) В двух словах проблема заключается в том, что кто-то посчитал, что электрическое поле есть оригинальная субстанция, и его наличие говорит о идентичности причин. Я тут писал когда-то про эту запутку, так что выложу здесь, потому что по теме...
Началось всё со статического электричества. Вы часто встречаетесь с ним в жизни. Снял свитер и «заработал» электрический разряд на тело при прикосновении к другому человеку или предмету. Потёрся головой о надувной шарик и при приближении шарика к голове волосы встают дыбом! Понятно, что подобные явления — это не веяние нашего времени и люди подобные «чудеса» наблюдали и раньше. Ещё в глубокой древности было замечено, что если некоторые предметы, состоящие из различных веществ, потереть друг о друга то они начинают вести себя странно. Например, волосы, после того как их хорошенько расчешут расчёской начинают льнуть к ней и тянуться, а другие предметы наоборот, после подобных «процедур» начинают отталкиваться, причём не прикасаясь друг к другу, а на расстоянии. И когда люди поняли, что это не проявление сексуальных предпочтений предметов, а некоторые из свойств нашего мира, то изучение этих явлений приобрело характер лавины, все стремились отхватить бабла! Один из первых, кто активно, на научной основе стал изучать электрические явления был  учёный медик Уильям Гильберт (англ. William Gilbert, 24 мая 1544 года, Колчестер (графство Эссекс) — 30 ноября 1603 года, Лондон) придворный врач Елизаветы I и Якова I. Как говорят именно он «пристегнул» ко всем этим явлениям латинское название янтаря. Этот красивый камень, представляющий собой окаменевшую смолу древних хвойных растений, люди с незапамятных времён использовали как украшение, а для этого его естественно сначала нужно было обработать. И когда янтарь шлифовали различными тканями, то вот тут-то, как раз, во всей красе и наблюдались все эти явления. Греки, а может кто и раньше ещё, заметили, что, если янтарь натереть, он притягивает ворсинки шерсти, обрывки ниток, волосы, перья. В некоторых материалах упоминается имя конкретного грека – Фалеса, но я думаю, это происки недоброжелателей! Пусть уж лучше будет в общем – «древние люди»! В обиходе появились даже янтарные палоч-ки, которыми собирали пыль с одежды. А так как янтарь на древнегреческом языке назывался красивым поэтическим названием «электрон», то все похожие явления, с лёгкой руки Гилберта, стали называть «электрическими» т.е. – как у янтаря (от лат. ēlectricus — «янтарный»).  Все предметы, которые после взаимодействия между собой (натирания и пр.) начинали проявлять эти необычные свойства стали называть наэлектризованными.
Как оказалось - один предмет может быть наэлектризован сильно и сильней проявлять свои электрические свойства, и искра может стрелять от такого предмета на большом расстоянии, а другой, такой же предмет, может быть наэлектризован слабо, и искра стреляет от такого предмета на меньшем расстоянии. Поэтому количество электрических свойств уподобили пороховому заряду. Больше заряд электричества – дальше «стреляет» искра, меньше заряд – искра «стреляет» на меньшее расстояние.  Вот так вот, обыденно, в нашу жизнь вошло понятие «электрический заряд», которое на сегодня является чуть ли не основным в электротехнике. Запомним: «электрический заряд» - количество электричества

Первое что бросалось в глаза любопытных так это то, что электрические свойства проявляются на расстоянии. Не бесконечно далеко, а для каждого заряда (в зависимости от величины заряда) это расстояние было разное. У сильного заряда и электрические свойства проявлялись на большем расстоянии. И что интересно, не было каких-то плоскостей, по которым распространялось это электрическое влияние, оно распространялось во все стороны сразу. Вокруг каждого заряда образовывалась невидимая сфера, в которой наиболее активно проявлялись электрические свойства предмета. И есть у меня предположение, что тот, кто назвал эту область полем, действовал в то время на столе и не успел дойти до понимания сферы. Такие уж были времена – «Кто не успел, тот не назвал»! Бабки жгли руки! А остальное – всё логично! Если на земле есть область в которой растёт ячмень, к примеру, называется ячменным полем, то почему бы область, в которой «прорастает» электричество не назвать «электрическим полем»?

Второе, что было очевидно, так это было то, что заряды, как оказалось, были разные, не по размеру а по содержанию. Сказать проще – видов электричества оказалось не один! Сначала было предположили, что у каждого вещества может быть своё электрическое состояние, или свой вид электричества, потому что одни наэлектризованные предметы притягивались, другие отталкивались, но после долгого дознания пришли к выводу, что видов электричества всего два. В 1729 году к Шарлю Дюфе  пришло «откровение», что видов электрических зарядов всего два, и он назвал их «стеклянный» и «смоляной», т. к. первый возникал при натирании стекла, а второй - смолы. Некоторое время так их и называли. (К слову сказать их и сейчас иногда так называют, только говорят: подобны зарядам, возникающим на стекле, потертом о кожу, или - подобны зарядам, возникающим на эбоните, потертом о мех, или на янтаре, потертом о шерсть.) Но неугомонный француз Шарль Кулон решил, что тоже должен отметиться в истории и изобрёл крутильные весы. За их точность его точно бы подвергли экзекуции, если бы он работал на рынке, но он был физиком и военным инженером, и поэтому ему всё сошло с рук! И давай этот Шарль со своими весами вытворять то, что ни в сказке сказать ни пером описать! Непосредственно в электричестве весами вывел он зависимость силы взаимодействия электрически заряженных тел от расстояния, и что характерно определил, что эти два вида зарядов есть полная противоположность друг другу. Соприкасаясь между собой два заряженных тела с разными видами зарядов оставались без оных. Заряды уничтожали друг друга! И тогда подсуетился американский деятель Бенджамин Франклин, балующийся разными науками. Исходя из того, что равное количество стеклянного и смоляного зарядов взаимно компенсируется (обращаются в ноль), подобно сумме двух одинаковых по величине, но противоположных по знаку математических величин (а в то время эти величины уже назывались отрицательными и положительными) он предложил именовать два вида электрических зарядов «положительным» и «отрицательным».