Почему электроны не кончаются а провода не портятся?
Если вспомнить определение электрического тока, то там будет сказано, что электрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц, вызванное воздействием электрического поля.
Заряженные частицы — это электроны. Если рассматривать проводники из металла, то в металлах существует так называемый электронный газ. Когда цепь не замкнута и электрического поля нет, электронный газ движется хаотически. Когда появляется электрическое поле оно начинает «толкать» свободные частицы в одном направлении. Получается упорядоченное направленное движение заряженных частиц, что и есть уже электрический ток.
При такой схеме работы у любопытного человека возникают очевидные вопросы, среди которых:
«Почему эти свободные электроны в итоге не кончаются ?» Или «Если электроны покинули своё местоположение, то почему не происходят разные процессы, типа деградации механических свойств ?»
Для ответа на эти вопросы нужно разобраться со следующими моментами.
Откуда берутся свободные электроны и что такое электронный газ?
Поскольку мы сейчас говорим про металлы, то на их примере и рассмотрим ситуацию. У каждого металла есть некоторая структура. Она образована молекулами, а молекулы состоят из атомов.
Атомы состоят из ядра и электронов, которые находятся вокруг ядер на орбиталях. Орбиталью принято называть наиболее вероятное положение электрона.
Электроны находятся на разном расстоянии от ядра атома и логично предположить, что чем дальше электрон от атома, тем хуже он к этому ядру прикреплен. Электроны, которые наиболее удалены от ядра атома как раз-таки и образуют те самые свободные электроны или электронный газ.
Получается, что электронный газ — это не какие-то абстрактные электроны, которые мотаются внутри кристаллической решетки, а электроны, которые имеют наименьшую связь с ядром атома и могут легко перемещаться от атома к атому в результате воздействия электрического поля.
В условиях же его отсутствия они тоже постоянно отрываются и перемещаются, но происходит это хаотически. Поле же упорядочивает движение таких электронов и делает их направленным. Выходит электрический ток.
Почему электронный газ не кончается
Сразу возникает вопрос как возобновляется этот электронный газ. Ведь если все электроны выпихнуло полем из проводника, то новых вроде как и быть-то не должно!
Если речь про переменный ток, который имеет специфику менять своё направление, то там ещё можно предположить, что электроны попросту не успевают покинуть проводник. Но если ток постоянный, то эти частицы должны разом слиться и взять их негде .
На помощь придут знания о том, что электрический ток может существовать только в случае, если цепь замкнута (правильнее сказать — в большинстве случаев так). Поэтому, когда мы подключаем проводник к потребителю и источнику энергии, то свободные электроны начинают перемещаться в этой замкнутой цепи, как в кольце. Преодолеть зону контакта для электрона не проблема !
Ну а источник тока или генератор (не батарейка, там иной процесс) не создает новые электроны, а превращает механическую энергию в электрическую, которая формирует электрическое поле. Это поле как насос качает имеющиеся в цепи свободные электроны.
Часто этот процесс на генераторе путают с процессом электронизации при потирании стеклянной палочки о шерстяной платок. Это процессы с разной физикой и в одном случае мы и правда отделяем новые электроны, а в другом гоняем по кругу что имеем.
Но не портятся ли провода от прохождения тока
Следующий логичный вопрос — это сохранность проводов . Ведь по логике, даже если провода и получают свои электроны обратно, то постоянный процесс обмена влияет на химию проводов и рушит их структуру.
Да, с точки зрения материаловедения это действительно так. Но при всём при этом, скорость такой деградации и химических превращений весьма мала и исчисляется сотнями лет, а эффект минимальный. Но процесс всё же оказывает своё влияние и видавший виды монтёр сразу же сможет отличить использованный провод (после длительной эксплуатации) от нового. Да и алюминиевые провода охрупчиваются за 20-30 лет эксплуатации, но опять же, всё это не такой процесс, каким он кажется на первый взгляд.
Заметьте, что процессы эти связаны ни с тем, что «электроны кончаются», а с тем, что происходит постоянное их движение.
Кроме того, влияние электрического тока прекрасно заметно на полупроводниках . Там происходит буквально механическое разрушение. Которые, кстати говоря, могут «кончиться» в отличие от обычного провода.
Обязательно оцените статью лайком и подпишитесь на проект! Это очень важно для развития проекта. Виноваты алгоритмы дзена!
Источник
Откуда генератор берет электроны?
Вот у нас есть генератор, который используется в домах( еще две фазы не рисовал, рисунок грубый).
Вопрос, вот он создаёт ЭДС и пускает ток по ФАЗЕ, откуда берутся эти электроны в генераторе, то есть к нему подключен «ноль» из проводки, или к нему идёт провод из земли? то есть он берет электроны из земли, они идут допустим к телевизору в доме, потом «ноль» заземлен и они уходят опять в землю.
Кто знает? нужен толковый ответ.
У нас есть в доме в проводке провод «Ноль», откуда он идёт?
И второй вопрос, этот ноль идёт непосредственно от генератора или генератор подключен к земле отдельным проводом, дабы взять электроны и запустить их в сеть?
У Вас есть знания по 6-9 классам, буду рад увидеть Ваш ответ.
Ручной дракон Просветленный (29513)
 |
Чувак!
Какие, к лешему, электроны?
Генератор создаёт ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ.
Переменное.
Синусоидальное.
Под действием которого электроны колеблются около своих положений равновесия.
И никуда, йоптыть, не движутся.
И где нулевой провод при соединении треугольником?
Здесь разность потенциалов, электроны БЕГУТ по проводу! У нас проводник, там есть свободные электроны, без поля они хаотичны, под электрическим полем, они движутся направленно!
Источник
Как генератор вырабатывает электроэнергию?
Итак, в других моих статьях мы разобрались, что за счёт пара или воды турбина вращается, на одном валу с ней располагается генератор, который соответственно тоже вращается. Можно просто сказать, вращаясь, генератор вырабатывает электроэнергию, но в действительности всё гораздо сложнее. Попробуем разобраться в процессах в самом генераторе.
Практически все генераторы на электростанциях – синхронные 3-х фазные электрические машины переменного тока. Синхронный означает, что частота вращения магнитного поля ротора и статора совпадает. Как мы знаем из школьной физики, генератор состоит из двух основных частей: статор (неподвижная) и ротор (подвижная). Основными элементами статора являются:
Ротор (подвижная часть) состоит из следующих основных элементов:
На обмотку возбуждения подаётся постоянное напряжение и по ней начинает протекать постоянный ток от системы возбуждения. А как связывается обмотка возбуждения и система возбуждения, ведь ротор же вращается? Просто сделать контактные соединения не получится. А связь делается через щётки и контактные кольца.
Контактные кольца надеваются на вал ротора, вращаются на нём, они связаны с обмоткой возбуждения. Также устанавливается щёточный аппарат. Он не подвижен. Щётки изготавливаются из медно-графитовой смеси. Щётки скользят по вращающемуся контактному кольцу и передают ток. Кабели от системы возбуждения подключаются к ЩКА. Таким образом организуется связь. Система возбуждения нужна, по сути, чтобы создать синхронный электромагнитный момент.
Постоянный ток вызывает в обмотке возбуждения магнитодвижущую силу (МДС), которая в свою очередь вызывает магнитный поток. Возникает синхронный электромагнитный момент. Для обмотки ротора магнитный поток постоянный, но так как ротор вращается и магнитный поток оказывается сцеплен с обмоткой статора, в обмотке статора возникает переменный магнитный поток частотой 50 Гц.
Частота 50 Гц достигается выбором числа пар полюсов ротора и скоростью его вращения. Число оборотов генератора n = 60f/p, где f – частота равная 50 Гц, р – число пар полюсов ротора генератора. Турбогенераторы на тепловых и атомных станциях выполняются с неявнополюсным ротором, т.е. число пар полюсов равно 1 либо 2, и на большую скорость вращения 3000 либо 1500 об/мин соотвественно. Гидрогенераторы на ГЭС выполняются явнополюсными, т.е. имеют число пар полюсов от 4 и выше, и на малые частоты вращения, особенно мощные около 50-125 об/мин.
Источник
От куда вырабатывается ток, когда генератор крутит ротор?
Известно что электричество появляется при пересечении магнитных полей, что и делает ротор. Но возникает вопрос откуда берется ток? Ведь магниты по идеи должны будут разражаться, но они остаются неизменными. Выходит эта энергия из ничего? Не считая конечно само вращение ротора. От куда вообще могут выскакивать электроны, когда пересекаются магнитные поля?
Вам правильно подсказали: генератор вырабатывает ток от
вращения вала . То есть превращает мех. энергию в электрическую.
Магниты не разряжаются . При пересечении обмоткой магнитных
силовых линий наводится эдс. если подключена нагрузка, что потечет ток.
А электроны . да, при движении в магнитном поле имеют свойство двигаться в перпенд. направлении — Лоренц.
Элнктроны не выскакивают, а бегут по замкнутой цепи. Погоняет их магнитное поле, но оно играет роль только «поводка», которым тянут электроны. Энергия, необходимая чтобы тащить электроны на этом поводке, берется как раз из вращения ротора, который становится тяжело крутить, поскольку его магнитное поле должно прогонять электроны сквозь электрическую цепь. На вращение ротора и тратится энергия, которую он передает электронам.
магниты не должны разряжаться. Ток (а точнее — энергия) берется из энергии вращения — чем больше потребление тока с генератора, тем труднее провернуть ротор. Вращая вал вы разгоняете электроны!
попробуйте поиграть с динамкой от велосипеда. Без нагрузки она крутится легко, если подключить лампочку — тяжело, если закоротить — вообще хрен провернешь. Мне это отец показал, когда мне было 6 лет.
Магнитное поле в генераторе не совершает работы. Магнит вообще не содержит энергии. Работу в генераторе совершает именно вращение вала.
Объясняя на пальцах, независимо от того подвижные магниты в генераторе или неподвижные, при вращении ротора создаётся вращающееся магнитное поле. Это поле толкает электроны в проводнике, тем самым создавая электрический ток, поскольку электрический ток есть упорядоченное движение заряженных частиц, в данном случае электронов. Движение электронов создаёт различную их концентрацию в проводнике, тем самым создавая разность потенциалов.
Электроны будут выскакивать из обмоток статора в случае, когда магниты на роторе постоянные. 
Пример: велосипедная «динамка».
Всё это ещё Фарадей придумал. Не стоит обращать внимание.
Когда переменное магнитное поле пронизывает замкнутый проводник, то в нём возникает индукционный ток. Возникает переменное магнитное поле из-за вращения.
Если не считать усилия для вращения — то действительно «из ничего». У меня автомобиль тоже ездит абсолютно бесплатно — если не считать бензина.
Источник
Как работает электрический генератор
Функция любого электрического генератора — вырабатывать электрический ток. Но на самом деле генератор ничего не производит, а лишь преобразует один вид энергии — в другой (как это и свойственно всем энергетическим процессам в природе). Чаще всего, произнося словосочетание «электрический генератор», имеют ввиду машину, преобразующую механическую энергию — в электрическую.
Механическая энергия может быть получена от расширяющегося под давлением газа или пара, от падающей воды или даже вручную. В любом случае для получения от генератора электрической энергии, ему необходимо сначала передать эту энергию в приемлемой форме, чаще всего в механической.
— А откуда у вас электричество?
— Два гигантских хомяка крутят колёса в секретном бункере.
Генераторы, работающие посредством механического привода, — доминирующий вид генераторов в современном мире. Такие генераторы работают на атомных и гидроэлектростанциях, в автомобилях, в дизельных и бензиновых генераторах, на ветряках, в ручных динамо-машинах и т. д. Пар, бензин, ветер — служат источниками механической энергии, вращающей ротор генератора.
Пример работы простого электрогенератора:
На роторе генератора закреплена обмотка намагничивания или постоянные магниты. В последние годы широкое распространение получают генераторы с неодимовыми магнитами на роторе, так как современные неодимовые магниты не уступают по своим характеристикам мощной обмотке намагничивания.
Принцип выработки электрической энергии в генераторе основан на явлении электромагнитной индукции, которое заключается в том, что изменяющийся в пространстве магнитный поток индуцирует вокруг этого пространства электрическое поле.
И если в область где присутствует это индуцированное электрическое поле поместить проводник, то в нем наведется (будет индуцирована) ЭДС — электродвижущая сила, и между концами проводника можно будет наблюдать (измерить, использовать для питания нагрузки) соответствующее напряжение.
Изменяющийся магнитный поток получается в генераторе при помощи движущихся вместе с ротором магнитов или полюсных наконечников, намагничиваемых специальными обмотками — обмотками намагничивания. Обмотки намагничивания обычно получают питание через щетки и контактные кольца.
Применение генератора для электрификации модели железной дороги:
Провода, в которых наводится ЭДС (электрическое напряжение) в генераторе, представляют собой обмотку статора, расположенную, как правило, в магнитопроводе, закрепленном на неподвижной части электрической машины. Эта обмотка у генераторов разного типа может быть выполнена различным образом.
В трехфазных генераторах переменного тока приняты обмотки статора, изготовленные по трехфазной схеме, — три части такой трехфазной обмотки могут быть соединены «звездой» или «треугольником».
Соединение звездой позволяет получить от генератора напряжение большей величины, чем при соединении треугольником. Разница в напряжениях составит корень из 3 раз (около 1,73). Чем больше напряжение — тем меньше максимальный ток, который можно получить от данного генератора на нагрузке.
Работа электрического генератора на электростанции:
Номинальная мощность генератора зависит от нескольких факторов, которые определяют его номинальные ток и напряжение. Напряжение на выходных клеммах генератора зависит от длины обмотки (провода) статора, от скорости вращения ротора и от индукции магнитного поля на его полюсах. Чем эти параметры больше — тем большее напряжение получается с генератора на холостом ходу и под нагрузкой.
Портативный генератор (мини-электростанция) для автономного электроснабжения:
Максимальный ток, который можно получить от генератора, теоретически ограничен его током короткого замыкания. Практически при номинальных оборотах он зависит от толщины провода обмотки статора и от общего магнитного потока ротора.
Если магнитного потока не достаточно, в некоторых случаях прибегают к увеличению оборотов. Но тогда генератор обязательно должен быть оснащен автоматическим регулятором напряжения, как это реализовано в автомобильных генераторах, которые способны выдавать приемлемый для зарядки аккумулятора ток в широком диапазоне оборотов.
Источник