Электрический ток в диэлектриках

[Oleg58]

Доброго времени суток!

Если представить источник питания(к примеру батарейка "крона 9В") и стеклянную пластину.
Далее подключить электроды батарейки к противоположным поверхностям пластины, то ток течь не будет . Подтверждено практикой

это объясняется как:
Стекло - диэлектрик. Нет свободных электронов способных перемещать заряд. И поэтому ток в итоге равен 0.

А почему не происходит следующего:
Если на "минусе" батарейки высокая концентрация электронов, то почему они не покидают этот самый минус? не дрейфуют в межатомном пространстве к "плюсу"?
Если бы это было, то получается появился бы электрический ток...
Почему электроны не покидают минус? Что их сдерживает?

Вот в металлах, например, там высокая концентрация свободных электронов и в электрическом поле, созданном подключением батарейки, электроны начинают двигаться упорядоченно к плюсу и появляется электрический ток в результате.

помогите пожалуйста с темой разобраться.

[schoolboy]

Вакуум хороший диэлектрик, я рекомендую начать с него. Начните разбираться с тем, что такое работа выхода, и как-нибудь потом дойдёте до понимания уровня Ферми.

[warlock66613]

Oleg58 в сообщении #1144684 писал(а):

Почему электроны не покидают минус? Что их сдерживает?

Электрическое притяжение к ионному остову — то есть к ядрам атомов.

[rustot]

Oleg58 в сообщении #1144684 писал(а):

Если на "минусе" батарейки высокая концентрация электронов, то почему они не покидают этот самый минус? не дрейфуют в межатомном пространстве к "плюсу"?
Если бы это было, то получается появился бы электрический ток...

Вот в газах и жидкостях камешки могут перемещаться, а в твердых телах нет. Так же и электроны не могут перемещаться внутри изоляторов, а внутри проводников могут. Электроны с батарейки переместятся на поверхность изолятора и там и останутся, никуда далее не перемещаясь и при этом формируя встречное поле мешающее еще большему количество электронов переместиться туда же

Сам "внутренний механизм" перемещения электронов в среде весьма сложен и вообще не сводится к механистическим представлениям о механическом движении каких то шариков в межатомной пустоте и вообще к классическим представлениям о "движении". Но знать эти детали вовсе не нужно чтобы анализировать "высокоуровневые" эффекты электродинамики, просто принимаете во внимание обобщенные усредненные свойства различных сред, не вдаваясь в детали их реализации, и этого достаточно.

[Pphantom]

Тема перемещена из форума «Дискуссионные темы (Ф)» в форум «Помогите решить / разобраться (Ф)»

[Oleg58]

schoolboy в сообщении #1144688 писал(а):

Вакуум хороший диэлектрик, я рекомендую начать с него. Начните разбираться с тем, что такое работа выхода, и как-нибудь потом дойдёте до понимания уровня Ферми.

Спасибо большое за ответ!
А можете еще немного подсказать?

Представим, что есть радиолампа вакуумный диод косвенного накала. Мысленно подключим плюс 100В на анод минус на катод.
К нити накала пока напряжение не подключаем.
С вероятностью в 100% ток в цепи анода будет равен "0". Почему? Потому что скорее всего электрическое поле, созданное в результате подключения напряжения к электродам лампы, не способно дать такого количества энергии электронам катода чтобы они смогли покинуть его. Т.е. энергии не достаточно для совершения работы выхода.
А если начать нагревать катод(подвести напряжение к нити накала). то в какой то момент электроны приобретут достаточное количество энергии чтобы преодолеть поверхностный потенциальный барьер катода и далее электрическое поле начнет их перемещать к аноду. Так?

единственный момент совсем не понятный:
Если теоретически не нагревать катод(не подводить напряжение к нити накала) и не подавать плюс напряжения на анод, то при наращивании отрицательного заряда на катоде, будет ли достигнут предел при котором начнется электронная эмиссия с катода???
Т.е. концентрацию электронов в катоде создать очень высокой. Электроны как правило друг от друга отталкиваются. - Могут ли при выполнении этих условий электроны получить энергию достаточную для совершения работы выхода с поверхности катода???

[schoolboy]

Oleg58 в сообщении #1144715 писал(а):

Если теоретически не нагревать катод(не подводить напряжение к нити накала) и не подавать плюс напряжения на анод, то при наращивании отрицательного заряда на катоде, будет ли достигнут предел при котором начнется электронная эмиссия с катода???

Да, это называется пробоем вакуума, кстати, любой диэлектрик пробивается при определенных условиях. Если говорить точнее, то пробой диэлектрика, в том числе и пробой вакуума сложное явление, но чтобы он начался, по крайней мере надо сообщить электронам большую энергию, чем энергия выхода.

[Oleg58]

schoolboy в сообщении #1144720 писал(а):

Oleg58 в сообщении #1144715 писал(а):

Если теоретически не нагревать катод(не подводить напряжение к нити накала) и не подавать плюс напряжения на анод, то при наращивании отрицательного заряда на катоде, будет ли достигнут предел при котором начнется электронная эмиссия с катода???

Да, это называется пробоем вакуума, кстати, любой диэлектрик пробивается при определенных условиях. Если говорить точнее, то пробой диэлектрика, в том числе и пробой вакуума сложное явление, но чтобы он начался, по крайней мере надо сообщить электронам большую энергию, чем энергия выхода.

А энергия электронов в катоде увеличивается, если концентрацию электронов в нем каким либо образом только увеличивать и при этом не менять потенциал на аноде? Т.е. эти самые электроны вводить как то из вне

[schoolboy]

Проще говорить о силе, которая действует на электроны, а она определяется электрическим полем. Смысл имеет только разность потенциалов, она и определяет какое будет поле и какая будет сила, действующая на электроны. То есть важен не потенциал анода, а разность потенциалов между катодом и анодом. В школьной механике можно решать задачи, рассматривая силы, а можно энергетически. Два способа говорить об одном и том же, так и здесь

[rustot]

schoolboy в сообщении #1144737 писал(а):

Проще говорить о силе, которая действует на электроны, а она определяется электрическим полем. Смысл имеет только разность потенциалов, она и определяет какое будет поле и какая будет сила, действующая на электроны. То есть важен не потенциал анода, а разность потенциалов между катодом и анодом.

Если говорить о силе то тогда нужно говорить именно о поле. Потому-что одна и та же разность потенциалов между анодом и катодом может соответствовать отличающимся на порядки полям (а значит и действующим на заряды силам) вблизи катода. Потенциал может плавно уменьшаться на всем пути от анода к катоду, а может почти вся разница приходиться на ближайший к катоду микрон и лишь небольшой остаток на весь остальной путь

Допустим с иголки заметный ток через воздух начнется при гораздо меньшем потенциале чем с шара. Именно потому что при одном потенциале поле около иголки намного сильнее

[schoolboy]

rustot в сообщении #1144743 писал(а):

Если говорить о силе то тогда нужно говорить именно о поле

Да, конечно, для пробоя важна напряженность поля. Для ее определения надо знать не только разность потенциалов между анодом и катодом, а полное распределение потенциала.

[Oleg58]

rustot в сообщении #1144701 писал(а):

Oleg58 в сообщении #1144684 писал(а):

Если на "минусе" батарейки высокая концентрация электронов, то почему они не покидают этот самый минус? не дрейфуют в межатомном пространстве к "плюсу"?
Если бы это было, то получается появился бы электрический ток...

Вот в газах и жидкостях камешки могут перемещаться, а в твердых телах нет. Так же и электроны не могут перемещаться внутри изоляторов, а внутри проводников могут. Электроны с батарейки переместятся на поверхность изолятора и там и останутся, никуда далее не перемещаясь и при этом формируя встречное поле мешающее еще большему количество электронов переместиться туда же

Сам "внутренний механизм" перемещения электронов в среде весьма сложен и вообще не сводится к механистическим представлениям о механическом движении каких то шариков в межатомной пустоте и вообще к классическим представлениям о "движении". Но знать эти детали вовсе не нужно чтобы анализировать "высокоуровневые" эффекты электродинамики, просто принимаете во внимание обобщенные усредненные свойства различных сред, не вдаваясь в детали их реализации, и этого достаточно.

Благодарю за ответ!
можно еще спросить?

Если представить батарейку в 1000000В. И кусок медного провода который в данный момент электрически нейтрален. С определенной концентрацией свободных электронов. Вот если этот провод подключить только к минусу батарейки, а второй конец оставить "болтаться в воздухе". На минусе батарейки получается относительно большой отрицательный заряд? так? И этот заряд может сообщить свободным электронам в проводнике достаточную энергию для совершения работы выхода с поверхности проводника А электроны с минуса батарейки заменят "улетевшие". И соответственно получим электрический ток в проводнике... ???...
Вот чисто интуитивно понимаю, что даже если батарейка будет напряжением в бесконечность(соответственно на отрицательном полюсе ее будет бесконечно большое количество отрицательного заряда) все равно электроны которые на поверхности проводника не получат достаточной энергии и не "улетят" с проводника.

не получается себе это объяснить

и в интернете по запросам что-то подробное не получается найти по этой теме

[rustot]

Oleg58 в сообщении #1144754 писал(а):

Если представить батарейку в 1000000В. И кусок медного провода который в данный момент электрически нейтрален. С определенной концентрацией свободных электронов. Вот если этот провод подключить только к минусу батарейки, а второй конец оставить "болтаться в воздухе". На минусе батарейки получается относительно большой отрицательный заряд? так? И этот заряд может сообщить свободным электронам в проводнике достаточную энергию для совершения работы выхода с поверхности проводника или нет?...

Протечет небольшой ток пока потенциалы этого проводника и контакта батарейки не сравняются. Если поле у поверхности проводника в результате получится достаточно большим то наиболее "энергичные" электроны могут его покинуть

[Theoristos]

Строго говоря эффекты сложнее.
И через стекло ток чуть-чуть течёт, настолько что в некоторых случаях приходится заменять его янтарём.
И между двумя пластинами в вакууме тоже. Хоть и крайне слабо, но "темновой" ток в том же фотоумножителе вполне можно зарегистрировать. Особенно если напряжение повыше поднять.

[Oleg58]

warlock66613 в сообщении #1144690 писал(а):

Oleg58 в сообщении #1144684 писал(а):

Почему электроны не покидают минус? Что их сдерживает?

Электрическое притяжение к ионному остову — то есть к ядрам атомов.

Это если говорить об электрически нейтральном проводнике. А если зарядить материал? например кусок янтаря о шерсть потереть.
Янтарь зарядится отрицательно. Будет избыток электронов на янтаре. Почему же электроны не покидают материал в этом случае? Что их притягивает?

-- 19.08.2016, 17:02 --

Theoristos в сообщении #1144859 писал(а):

Строго говоря эффекты сложнее.
И через стекло ток чуть-чуть течёт, настолько что в некоторых случаях приходится заменять его янтарём.
И между двумя пластинами в вакууме тоже. Хоть и крайне слабо, но "темновой" ток в том же фотоумножителе вполне можно зарегистрировать. Особенно если напряжение повыше поднять.

Проблема в другом:
Если подключить к примеру минус высоковольтного источника постоянного напряжения к металлическому стержню какому нибудь, то на этот стержень очевидно "перетекут" дополнительные электроны(получается стержень зарядится отрицательно). Почему сила отталкивания не вытесняет излишек электронов с поверхности проводника? Что же сдерживает эти лишние электроны?

Вот если говорить о электрически нейтральном проводнике то понятно, что некоторые свободные электроны с высокой энергией способны совершить работу и покинуть проводник, но образовавшееся поле вернет эти электроны обратно. И проводник в целом остается нейтральным