Электрический ток - как же все таки протекает?

[Cos(x-pi/2)]

Кстати (или не очень? :-) вспомнил о картинках в статьях про переходные процессы в антеннах; там на основе решений уравнений Максвелла изображалось, как первоначальное возмущение плотности заряда в проводе перемещается вдоль провода именно вследствие распространения возмущения электромагнитного поля вокруг провода.

Подчеркну: то, что там называется "заряд", это не сами электроны, а лишь изменение плотности заряда при очень маленьких смещениях отрицательно заряженных электронов на фоне положительно заряженных ионов кристаллической решётки. И когда "заряд" там мчится со скоростью света, то это не означает, будто так же мчатся электроны; нет, как тут уже пояснялось, мчится электромагнитное возмущение и оно вызывает локальные изменения плотности заряда (для краткости называемые "зарядом"), а электроны за то же время остаются практически на своих местах, смещаются лишь чуть-чуть.

(Не сочтите за нескромность, привожу ссылку на одно из своих сообщений для радиолюбителей с обзором картинок из одной из таких статей (E.K. Miller, J.A. Landt, «Direct time-domain techniques for transient radiation and scattering from wires») на одном из радио-форумов. Там не было возможности писать формулы, поэтому пояснения там я делал на картинках большого размера, сюда они теперь не влезают, а оформлять всё заново поленился.)

[upgrade]

Cos(x-pi/2) в сообщении #1290311 писал(а):

когда "заряд" там мчится со скоростью света, то это не означает, будто так же мчатся электроны

Почему нет? Электроны неотличимы друг от друга -> почему нельзя объяснить высокую скорость электрического тока высокой скоростью "одних и тех же электронов" или высокой скоростью распространения "одного и того же" электрона путем исчезновения/появления?
Например, электрический разряд в газах - первоначально именно такое "движение", почему его характер должен измениться когда дуга зажглась.

[Cos(x-pi/2)]

Если Вы знаниями не обременены, то можете объяснять себе всё, что угодно, как Вам угодно. Но физики знают физику, понимают смысл физических величин и умеют их вычислять; в том числе - умеют вычислять скорость электронов, притом в разных физических объектах и в разных физических условиях (несмотря на то, что "электроны неразличимы" :)

[Walker_XXI]

upgrade в сообщении #1290314 писал(а):

Cos(x-pi/2) в сообщении #1290311 писал(а):

когда "заряд" там мчится со скоростью света, то это не означает, будто так же мчатся электроны

Почему нет? Электроны неотличимы друг от друга

Потому что электрон - это не только заряд. Следовательно картина для движения реального электрона должна быть иной. А носителями заряда являются не только электроны, но в описываемом случае картина не зависит от типа носителей.

[upgrade]

Walker_XXI в сообщении #1290325 писал(а):

Следовательно картина для движения реального электрона должна быть иной.

Поверю на слово, хоть и с трудом, - рентгеновские трубки (и электрический пробой какого угодно вещества) недвусмысленно намекают на зависимость скорости электронов от разности потенциалов, почему эта зависимость не должна качественно сохраняться для электронов в проводниках, не очень понятно.

[Walker_XXI]

upgrade в сообщении #1290328 писал(а):

рентгеновские трубки (и электрический пробой какого угодно вещества) недвусмысленно намекают на зависимость скорости электронов от разности потенциалов, почему эта зависимость не должна качественно сохраняться для электронов в проводниках, не очень понятно.

Может потому, что в проводниках слишком много атомов? Это с одной стороны. С другой, посчитайте скорость электрона после прохождения разности потенциалов вольт в 100. Будет она близка к скорости света?

Ну и, наконец, ещё раз обратите внимание на мой предыдущий пост. За одним предположением тянется хвост следствий, которые также должны наблюдаться. Если мы их не наблюдаем, то...

[Cos(x-pi/2)]

upgrade в сообщении #1290328 писал(а):

<...> зависимость скорости электронов от разности потенциалов, почему эта зависимость не должна качественно сохраняться для электронов в проводниках, не очень понятно.

А качественно картина простая. Разности потенциалов в проводнике соответствует электрическое поле $E,$ действующее на электрон с силой $F=qE,$ где $q$ - заряд электрона. Если бы электрон находился в вакууме, то его скорость всё время росла бы (ускорение было бы равно $F/m).$ Но в металлическом проводнике электроны всё время испытывают "рассеяние" - электрон в металле сталкивается с примесными атомами и (или) теряет скорость, возбуждая колебания кристаллической решётки (рождает фононы, "джоулево тепло"). Поэтому в итоге под действием поля $E$ электрон в проводнике приобретает не постоянное ускорение, а постоянную (в среднем) дрейфовую скорость $v.$ Она тем больше, чем больше разность потенциалов.

А теперь рассмотрите количественно плотность тока $j$:

$j=qnv,$

здесь $n$ - концентрация подвижных электронов в проводнике. В металле она порядка концентрации атомов в этом металле (скажем, $10^{23}$ штук в кубическом сантиметре).

Задайте себе какое-то разумное реальное значение плотности тока $j$ в металлической проволоке и посчитайте отсюда $v.$ Если не ошибётесь, то это упражнение все фантазии о величине $v$ как рукой снимет.

[lexussii]

Walker_XXI в сообщении #1290280 писал(а):

Тут эти аргументы не совсем в тему: вообще говоря, на атомно-молекулярном уровне нет никаких механических взаимодействий - это те же электромагнитные взаимодействия. И трудность в том, что lexussii считает "причиной" электрического тока именно этот механизм упругих взаимодействий.

Это не я считаю - мне тут выше предложили вариант с кулоновским взаимодействием, я его обсуждаю и привожу пример такого же кулоновского взаимодействия, но молекул. Просто, если я правильно понял, в этой теме дают два объяснения - кулоновское (как я понимаю получается упругое) и электромагнитная волна. Я хотел вначале разобраться с кулоновским.

[upgrade]

Walker_XXI в сообщении #1290337 писал(а):

С другой, посчитайте скорость электрона после прохождения разности потенциалов вольт в 100.

Cos(x-pi/2) в сообщении #1290348 писал(а):

Задайте себе какое-то разумное реальное значение плотности тока $j$ в металлической проволоке и посчитайте отсюда $v.$ Если не ошибётесь, то это упражнение все фантазии о величине $v$ как рукой снимет.

Тут возразить нечего, то что фантазируется уж слишком причудливо.

[lexussii]

epros в сообщении #1290193 писал(а):

В большинстве подобных приложений массы электронов влияют на распространение электромагнитной волны пренебрежимо мало. Функция электронного газа (который в проводнике) в основном сводится к недопущению электрическому полю иметь продольную компоненту вдоль поверхности проводника. Т.е. для электромагнитной волны (которая бежит снаружи вдоль проводника) поверхность проводника является практически идеальным зеркалом.

Так я не о электромагнитной волне говорю, а о кулоновском взаимодействие электронов, которое выше предлагалось как способ "выталкивания" электронов с другого конца проводника.

А вот теперь о электромагнитной волне, "которая бежит снаружи вдоль проводника". А каков механизм, поэтапно? То есть, движется группа электронов в одном конце проводника, вокруг них электромагнитное поле, которое распространяется в пространстве во всех направлениях и убывает пропорционально квадрату расстояния. Значит первичное электромагнитное поле этой группы электронов никак не может быть причиной воздействия на группу электронов на другом конце проводника - оно будет слишком слабым. То есть, источником вторичного поля должны стать остальные электроны в цепи. Каким образом? Электромагнитное поле постоянно, как оно может воздействовать на другие электроны в проводнике, чтобы они были источниками вторичного поля? Просто изменить направление их движения? Но, как я понимаю тот же закон Лоренца, направление будет изменено нифига не в сторону "нужного нам" направления тока в проводнике.

В чем ошибка моих рассуждений?

[epros]

lexussii в сообщении #1290364 писал(а):

в этой теме дают два объяснения - кулоновское (как я понимаю получается упругое) и электромагнитная волна.

Надо понимать, что кулоновское - разновидность электромагнитного.

[Cos(x-pi/2)]

lexussii в сообщении #1290390 писал(а):

Значит первичное электромагнитное поле этой группы электронов никак не может быть причиной воздействия на группу электронов на другом конце проводника - оно будет слишком слабым.

Зато это электромагнитное возмущение не будет малым, чтобы воздействовать на соседнюю группу электронов, а она тоже создаёт возмущение поля. И так далее. Возмущение поля и возмущение плотности заряда поддерживают друг друга и движутся вдоль провода вместе; это если говорить о распространении короткого импульса возмущения (выше была ссылка на картинки из статей) или "фронта", а когда речь идёт о протекании уже постоянного тока, то сначала в подобном переходном процессе устанавливается также новое распределение поверхностного заряда: им создается постоянное в дальнейшем поле $E$ всюду внутри провода, обеспечивающее ток $j=\sigma E,$ где $\sigma$ - удельная электропроводность.

[realeugene]

lexussii в сообщении #1290390 писал(а):

первичное электромагнитное поле

Это что такое? Пожалуйста, дайте определение.

[lexussii]

realeugene в сообщении #1290405 писал(а):

lexussii в сообщении #1290390 писал(а):

первичное электромагнитное поле

Это что такое? Пожалуйста, дайте определение.

Из контекста понятно, что это поле возникшее вокруг первой группы электронов, рядом с источником.

-- 05.02.2018, 23:09 --

Cos(x-pi/2) в сообщении #1290401 писал(а):

Зато это электромагнитное возмущение не будет малым, чтобы воздействовать на соседнюю группу электронов, а она тоже создаёт возмущение поля. И так далее. Возмущение поля и возмущение плотности заряда поддерживают друг друга и движутся вдоль провода вместе; это если говорить о распространении короткого импульса возмущения (выше была ссылка на картинки из статей) или "фронта", а когда речь идёт о протекании уже постоянного тока, то сначала в подобном переходном процессе устанавливается также новое распределение поверхностного заряда: им создается постоянное в дальнейшем поле $E$ всюду внутри провода, обеспечивающее ток $j=\sigma E,$ где $\sigma$ - удельная электропроводность.

"им создается постоянное в дальнейшем поле $E$ всюду внутри провода, обеспечивающее ток $j=\sigma E,$ где $\sigma$ - удельная электропроводность." - с этими формулами я знаком, они хороши для технических расчетов, но из этого никак нельзя построить картину взаимодействия электронов в проводнике. Каким образом вообще может создаться это поле внутри проводника? Опять же, как электромагнитное поле одного равномерно движущегося от катода электрона может инициировать возникновение такого же поля (с тем же направлением) у соседнего электрона. Какие законы взаимодействия зарядов тут применимы, чтобы это произошло?

[realeugene]

lexussii в сообщении #1290406 писал(а):

Из контекста понятно, что это поле возникшее вокруг первой группы электронов, рядом с источником.

Не понятно. Это что за такой особый вид электромагнитного поля, расскажите, пожалуйста?