Электрический ток в диэлектриках

[amon]

Oleg58 в сообщении #1145183 писал(а):

Почему сила отталкивания не вытесняет излишек электронов с поверхности проводника?

Когда мы берем кучку (штук $10^{24}$) атомов, скажем, железа, то она соберется в твердое тело, и чтобы раздолбать это тело придется изрядно попотеть. Атомы сами по себе нейтральны, значит есть какие-то силы, связывающие (притягивающие друг к другу) нейтральные атомы. Эти силы удерживают и электроны в нейтральном теле. Если добавить лишку электронов, то пока таких избыточных электронов не слишком много, они тоже удерживаются теми же силами. Потихоньку эти избыточные электроны куда-нибудь денутся, поскольку без них жить проще - энергия ниже.

[Oleg58]

amon в сообщении #1145187 писал(а):

Oleg58 в сообщении #1145183 писал(а):

Почему сила отталкивания не вытесняет излишек электронов с поверхности проводника?

Атомы сами по себе нейтральны, значит есть какие-то силы, связывающие (притягивающие друг к другу) нейтральные атомы. Эти силы удерживают и электроны в нейтральном теле.

Что-то похоже на гравитационные силы

Ну возможно...Какие то силы связывают электрически нейтральные атомы в молекулы.
Нейтральные молекулы в формулу вещества

Интересна природа этих сил(ядерных. или гравитационных...)

[warlock66613]

Oleg58 в сообщении #1145183 писал(а):

Это если говорить об электрически нейтральном проводнике. А если зарядить материал? например кусок янтаря о шерсть потереть.

Предлагаю вам подсчитать на сколько процентов возрастёт количество свободных электронов в проводнике, если зарядить его таким образом.

[amon]

Oleg58 в сообщении #1145189 писал(а):

Интересна природа этих сил

Это я на пальцах не берусь. Силы эти электрические, но для объяснения нужна квантовая механика, а ее в двух словах не рассказать. Поэтому удовлетворитесь пока экспериментальным фактом - существуют стабильные отрицательно заряженные молекулы и ионы, значит нейтральность не есть необходимое условие стабильности.

[Oleg58]

warlock66613 в сообщении #1145190 писал(а):

Oleg58 в сообщении #1145183 писал(а):

Это если говорить об электрически нейтральном проводнике. А если зарядить материал? например кусок янтаря о шерсть потереть.

Предлагаю вам подсчитать на сколько процентов возрастёт количество свободных электронов в проводнике, если зарядить его таким образом.

Немного не так.
Если подключить минус высоковольтного источника постоянного напряжения к примеру к изначально электрически нейтральному железному гвоздю!
Плюс источника мы соответственно ни куда не подключаем Как я думаю в гвоздь дополнительно "придут" с минуса доп. электроны(т.е. он зарядится отрицательно). Почему не происходит вытеснение электронов с поверхности гвоздя?

[arseniiv]

Так вы и правда посчитайте всё-таки, сколько электронов придёт (и сколько их в гвозде изначально). Ёмкость можно прикинуть, а потенциал вы сами выбираете.

[Oleg58]

amon в сообщении #1145192 писал(а):

Oleg58 в сообщении #1145189 писал(а):

Интересна природа этих сил

Это я на пальцах не берусь. Силы эти электрические, но для объяснения нужна квантовая механика, а ее в двух словах не рассказать. Поэтому удовлетворитесь пока экспериментальным фактом - существуют стабильные отрицательно заряженные молекулы и ионы, значит нейтральность не есть необходимое условие стабильности.

К стати об образовании например отрицательного иона.

Был атом электрически нейтральный. (10 протонов 10 нейтронов и 10 электронов - к примеру)

Появился какой нибудь электрон с достаточно высокой скоростью. И траектория полета направлена в центр этого нейтрального атома. Электрон смог преодолеть отталкивающее действие валентных электронов и смог проникнуть к центральным оболочкам. Далее он энергию соответственно какую никакую затратил. На него начинает действовать отталкивающая сила внутренних оболочек и притягивающая сила атомного ядра. Общая энергия перераспределилась в итоге между всеми облаками. И атом в итоге превратился в отрицательный ион...

Это я себе примерно так объясняю

-- 19.08.2016, 17:49 --

arseniiv в сообщении #1145198 писал(а):

Так вы и правда посчитайте всё-таки, сколько электронов придёт (и сколько их в гвозде изначально). Ёмкость можно прикинуть, а потенциал вы сами выбираете.

ну к примеру на 2% больше стало. А что дальше?

Вернее на 0,02%

-- 19.08.2016, 17:56 --

arseniiv в сообщении #1145198 писал(а):

Так вы и правда посчитайте всё-таки, сколько электронов придёт (и сколько их в гвозде изначально). Ёмкость можно прикинуть, а потенциал вы сами выбираете.

https://www.youtube.com/watch?v=CfMP4oRsJss с 5ой минуты демонстрируют эксперимент

[arseniiv]

Oleg58 в сообщении #1145199 писал(а):

Появился какой нибудь электрон с достаточно высокой скоростью.

Этого совсем не обязательно (наоборот, это может быть даже вредным). Многие атомы сами рады схватить валяющийся неподалёку электрон (см. сродство к электрону). Тут опять квантовая механика, почему. И это только про одиночные атомы, для молекул и конденсированных состояний всё сложнее.

[amon]

Oleg58 в сообщении #1145199 писал(а):

Был атом электрически нейтральный. (10 протонов 10 нейтронов и 10 электронов - к примеру)

Проще надо жить. Существует вполне себе стабильный отрицательный ион водорода. Только русскую Википедию про него не надо читать - там бред какой-то написан.

[Oleg58]

arseniiv в сообщении #1145200 писал(а):

Oleg58 в сообщении #1145199 писал(а):

Появился какой нибудь электрон с достаточно высокой скоростью.

Этого совсем не обязательно (наоборот, это может быть даже вредным). Многие атомы сами рады схватить валяющийся неподалёку электрон (см. сродство к электрону). Тут опять квантовая механика, почему. И это только про одиночные атомы, для молекул и конденсированных состояний всё сложнее.

Кстати ковалентная полярная связь в полупроводниках

Говорится, что атом кремния 4х валентный захватывает электрон у атома мышьяка 5и валентного. Это необходимо для завершения энергетического уровня. Атом мышьяка становится положительно заряженным ионом.

А что значит завершенный энергетический уровень?

-- 19.08.2016, 18:27 --

Oleg58 в сообщении #1145205 писал(а):

arseniiv в сообщении #1145200 писал(а):

Oleg58 в сообщении #1145199 писал(а):

Появился какой нибудь электрон с достаточно высокой скоростью.

Этого совсем не обязательно (наоборот, это может быть даже вредным). Многие атомы сами рады схватить валяющийся неподалёку электрон (см. сродство к электрону). Тут опять квантовая механика, почему. И это только про одиночные атомы, для молекул и конденсированных состояний всё сложнее.

Кстати ковалентная полярная связь в полупроводниках

Говорится, что атом кремния 4х валентный захватывает электрон у атома мышьяка 5и валентного. Это необходимо для завершения энергетического уровня. Атом мышьяка становится положительно заряженным ионом.

А что значит завершенный энергетический уровень?

Нашел:
Если не энергетическом уровне содержится максимальное число электронов, которое он может вместить, то такой уровень называется завершенным.

Скорее всего если уровень не завершен то при достаточном приближении внешнего электрона атом может его захватить. И тем самым превратиться в отрицательный ион?

-- 19.08.2016, 18:42 --

amon в сообщении #1145192 писал(а):

Oleg58 в сообщении #1145189 писал(а):

Интересна природа этих сил

Это я на пальцах не берусь. Силы эти электрические, но для объяснения нужна квантовая механика, а ее в двух словах не рассказать. Поэтому удовлетворитесь пока экспериментальным фактом - существуют стабильные отрицательно заряженные молекулы и ионы, значит нейтральность не есть необходимое условие стабильности.

Внешним уровнем атома называется самый далекий от ядра уровень, на котором еще есть электроны. Именно эта оболочка соприкасается при столкновении с внешними уровнями других атомов в химических реакциях. При взаимодействии с другими атомами азот способен принять 3 дополнительных электрона на свой внешний уровень. При этом атом азота получит завершенный, то есть максимально заполненный внешний электронный уровень, на котором расположатся 8 электронов.

Завершенный уровень энергетически выгоднее незавершенного. Поэтому атом азота должен легко реагировать с любым другим атомом, способным предоставить ему 3 дополнительных электрона для завершения его внешнего уровня.

Вот почему завершенный уровень энергетически выгоднее незавершенного - определения пока не нашел

[rustot]

Исчерпывающий ответ на ваши вопросы зарыт в таких теориях, которые из чистого любопытства вы изучать не будете, а на пальцах они не объясняются.

Но отдельные аспекты вполне объяснимы и в рамках обычной упрощенной классической модели. Почему например отрицательно заряженный электрон удерживается отрицательно заряженным проводником, хотя должен отталкиваться им? А он и не должен обязательно отталкиваться. Два одноименно заряженных тела могут на одних расстояниях отталкиваться а на каких то притягиваться друг к другу, это зависит не только от суммарного заряда в каждом из них но и от распределения зарядов по каждому из них. Суммарная сила со стороны отрицательно заряженного тела приложенная к электрону состоит из сил отталкивания одними участками тела и сил притяжения к другим участкам тела, небольшой дипольный момент поверхности проводника создает локальные силы притяжения, которые сменяются силами отталкивания только начиная с какого то расстояния до поверхности проводника

[AnatolyBa]

Иногда на пальцах работу выхода объясняют так. Предположим электрон захотел вырваться с поверхности проводника и даже немного преуспел - чуть отлетел от поверхности. Какие силы будут на него действовать? Внешнее поле, но оно может быть и невелико, если анод далеко. Но кроме того будет действовать сила притяжения к проводящей поверхности эквивалентня силе притяжения к фиктивной положительно заряженной частице - зеркальной по отношению к электрону относительно поверхности (и заряд которой равен по модулю заряду электрона). Вот эта сила притяжения и не дает электрону улететь. А когда внешнее поле становится достаточно большим, чтобы преодолеть силу притяжения - наступает пробой.

[Oleg58]

AnatolyBa в сообщении #1145215 писал(а):

Иногда на пальцах работу выхода объясняют так. Предположим электрон захотел вырваться с поверхности проводника и даже немного преуспел - чуть отлетел от поверхности. Какие силы будут на него действовать? Внешнее поле, но оно может быть и невелико, если анод далеко. Но кроме того будет действовать сила притяжения к проводящей поверхности эквивалентня силе притяжения к фиктивной положительно заряженной частице - зеркальной по отношению к электрону относительно поверхности (и заряд которой равен по модулю заряду электрона). Вот эта сила притяжения и не дает электрону улететь. А когда внешнее поле становится достаточно большим, чтобы преодолеть силу притяжения - наступает пробой.

Спасибо!
А Вы на пальцах сможете объяснить - почему например янтарная палочка, потертая о шерсть, и тем самым зарядившись отрицательно, не вытесняет электроны со своей поверхности, которые "перетекли" с шерсти в результате трения о нее. Ведь на янтаре образовался большой отрицательный заряд и логично предположить, что этот заряд должен вытеснять с поверхности лишние электроны, но этого не происходит. Почему? Своими словами можете?

-- 19.08.2016, 20:16 --

rustot в сообщении #1145211 писал(а):

Исчерпывающий ответ на ваши вопросы зарыт в таких теориях, которые из чистого любопытства вы изучать не будете, а на пальцах они не объясняются.

Спасибо!
Любопытство ко мне пришло следующим образом:

Не так давно потребовалось начать изучать один из языков объектно-ориентированного программирования. Стала интересна(любопытна) следующая цепочка технической реализации:

Пишу команды для процессора на языке верхнего уровня. Компилятор интерпретирующего типа преобразует эти команды в машинные коды. Ну или команды которые понимает процессор. В свою очередь процессор активно взаимодействует с оперативной памятью, выполняет арифметические. логические действия и хранит информацию в своих регистрах.
Стало любопытно - что же такое регистр и почему он умеет хранить информацию Выяснил, что фактически базовым элементом является триггер(он может хранить единицу информации).
Стало любопытно устройство этого самого триггера и как люди придумали схему простейшего триггера.
Узнал, что одним из простейших является RS-триггер. Как выяснилось это обычный симметричный мультивибратор. Который возможно собрать на двух биполярных транзисторах и нескольких резисторах. Выяснил почему триггер способен находиться в каком либо одном из устойчивых состояний. Ну это благодаря тому. что коэффициент положительной обратной связи которая организована в схеме триггера, много меньше единицы. Стало интересно за счет чего
Как оказалось транзисторы в этой схеме работают в ключевом режиме.
А что такое ключевой режим работы транзистора. Это когда он полностью открыт и находится в глубоком насыщении(при изменении тока базы в малых пределах коллекторный ток практически не изменен). И режим отсечки(полностью закрыт). С режимом отсечки разобрался. Остался интересен режим насыщения(почему же ток коллектора не меняется практически)
Оказалось, что вся суть в пределе концентрации носителями заряда области базы в режиме насыщения. Стали интересны вопросы о количестве заряда. Физических процессах в диэлектриках. Пробое. Работе выхода электронов и т.п. Остановившись на теме Электризация
Маленькое любопытство за неделю переросло в желание "Хочу все знать"
И притупить интерес познания так просто не получается. Хотя к моей практике программирования это ни как не относится!)))

[arseniiv]

Oleg58 в сообщении #1145216 писал(а):

А Вы на пальцах сможете объяснить - почему например янтарная палочка, потертая о шерсть, и тем самым зарядившись отрицательно, не вытесняет электроны со своей поверхности, которые "перетекли" с шерсти в результате трения о нее.

Я не зря упоминал сродство к электрону. Несмотря на то что конкретно эта величина определяется только для отдельных атомов, молекулы в составе диэлектрика (скажем, кристаллической серы) тоже могут выделять энергию при поглощении электрона/ов. Эта энергия быстренько перейдёт в тепло, и довольно редко будет случаться, что в результате флуктуаций какая-то молекула получит достаточно энергии, чтобы отсоединить электрон, и при этом чтобы он сразу же не прицепился к соседним, а освободился (правда, если диэлектрик не в вакууме, электрон прилепится, скорее всего, к чему-то другому). Или жадная молекула может оказаться рядом с веществом ещё более электронолюбивым (так янтарная палочка и зарядилась в самом начале). (Щас в меня тапки полетят за упрощения.)

Oleg58 в сообщении #1145216 писал(а):

Как выяснилось это обычный симметричный мультивибратор.

Эмм… Если только из-за неудачной многозначности слова.

Oleg58 в сообщении #1145216 писал(а):

Физических процессах в диэлектриках.

Так транзисторы же из полупроводников делаются, далёких по проводимости от типичных диэлектриков типа стекла. А уж сочетание полупроводников разных типов — это вообще отдельная история…

(Оффтоп)

Oleg58 в сообщении #1145216 писал(а):

Компилятор интерпретирующего типа

Это что за зверь такой страшный? (Хотя это разговор для отдельной темы — если захотите отвечать, стоит начать тему с цитаты вопроса.)

[Theoristos]

Oleg58 в сообщении #1145183 писал(а):

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?

Это не "вопрос в другом", это другой вопрос.
И вы не совсем верно представляете его. Как раз из-за свободы перетекания электроны и выталкиваются подальше друг от друга, на поверхность. А вот дальше в игру вступает энергия выхода (которую приложенный потенциал прекрасным образом повышает, или понижает) и физическая кинетика.

Oleg58 в сообщении #1145183 писал(а):

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

А тут есть ещё одна тонкость. Если проводник не охлаждён до абсолютного нуля, какая-то очень малая доля электронов имеющих энергию достаточную до "отрыва" всегда есть (равно как и ионов решетки способных оторваться от металла и улететь в свободное плавание).
Собственно, катод радиолампы при 1200К и тот же катот при 300К ничем _принципиально_ не отличаются.

... ну а во внешнем электрическом поле будут и ещё более мудрёные эффекты вроде туннелирования.