Школьный вопрос о идеализациях

[wrest]

se-sss в сообщении #1482916 писал(а):

Если всегда всё скомпенсировано, то действительно никак. Не может быть тока. Ну либо только неизменный.
Но тогда возникает проблема, как носители заряда проходят повороты. Если всё всегда скомпенсировано, то заряды полетят дальше по прямой по инерции.
Носители ведь имеют массу.
Поэтому вывод - ток течь не может.

Ну как не может -- вот заряды катаются на карусели без трения. Проходят повороты и т.п...
Т.е. к примеру взяли непроводящее кольцо, зарядили равномерно и раскрутили (в вакууме). Пока раскручивали, сопротивление было (силы инерции).

[se-sss]

wrest

wrest в сообщении #1484456 писал(а):

Пока раскручивали, сопротивление было (силы инерции).

А когда раскрутили, силы инерции пропали?
И вообще речь шла про проводник, даже "сверх". Но даже и в этом случае (непроводящем) их держит что-то электрическое.
Насколько я помню один из классических способов определения отношения массы электрона к заряду как раз связан с остановкой раскрученной катушки.

А в целом, мне кажется, по теме уже всё выяснили.

[wrest]

se-sss в сообщении #1484478 писал(а):

А когда раскрутили, силы инерции пропали?

Конечно, вот вы кидаете камень (в космосе), пока вы его разгоняли, действовали силы, камень ускорялся. Как только вы его отпустили, сил нет, камень двигается равномерно и прямолинейно.
Так же и кольцо -- пока раскручивали, оно сопротивлялось и скорость вращения менялась (увеличивалась, например). Как отпустили -- продолжило вертеться с постоянной скоростью.

-- 24.09.2020, 19:16 --

se-sss в сообщении #1484478 писал(а):

И вообще речь шла про проводник, даже "сверх". Но даже и в этом случае (непроводящем) их держит что-то электрическое.

Ну в этом смысле в мире почти все доступные наблюдению силы или электрические или гравитационные. Бросаете камень - электричество, камень упал - гравитация :)

[se-sss]

А центробежная? (Если мы мы сидим в системе связанной с вращающимся кольцом.)

[wrest]

se-sss в сообщении #1484485 писал(а):

Если мы мы сидим в системе связанной с вращающимся кольцом.

В таких системах обычно лучше не сидеть, т.к. обычные законы в них не работают. Лучше смотреть со стороны, из ИСО :)

[zvm]

wrest в сообщении #1484486 писал(а):

Лучше смотреть со стороны, из ИСО

А если смотреть из ИСО, то никаких сил инерции нет.

[Emergency]

Dejavu1 в сообщении #1482612 писал(а):

Когда заряды покоятся, электрическое поле внутри проводника равно нулю, но это не наш случай.

Это случай диэлектрика, но поле внутри него не равно нулю.

Сопротивление проводника "не способствует" протеканию тока. Поэтому заряды требуется "подгонять" электрическим полем. Если нет сопротивления, то нет и напряженности поля (при любом постоянном токе).

[Prisma]

Emergency в сообщении #1484488 писал(а):

Если нет сопротивления, то нет и напряженности поля (при любом постоянном токе).

а если поле ортогонально вектору плотности тока?

[sergey zhukov]

На мой взгляд, не всегда ясно, что будет, если подключить сверхпроводник к идеальному источнику напряжения с нулевым внутренним сопротивлением. Ток как будто должен бесконечно быстро возрасти до бесконечности, и не совсем ясно, как это анализировать, не привлекая сюда массу электрона.
На самом же деле у любого проводника есть неустранимая индуктивность, поэтому в этой ситуации ток даже в сверхпроводнике будет возрастать постепенно и линейно, а напряжение на нем все время будет равно напряжению источника.

Наличие ненулевой индуктивности у идеального бесконечно тонкого проводника не слишком очевидно. Если он не свернут в спираль, то линии его собственного магнитного поля не будет его пересекать, а тогда откуда взяться индуктивности? Проще всего это понять на примере двух параллельных бесконечно тонких проводников, подключенных к источнику напряжения параллельно. Возрастающий ток в первом проводнике своим возрастающим магнитным полем наводит противо-ЭДС во втором проводнике, и наоборот. Оба тока сдерживают рост друг-друга. Любой проводник с конечным сечением можно мысленно разбить на множество параллельных проводников бесконечно малого сечения, которые подавляют рост тока друг в друге, причем меньше всего это подавление сказывается на максимально удаленных от прочих проводников - т.е. на поверхности. Поэтому поверхностный ток в любом проводе будет возрастать гораздо быстрее, чем центральный.

Индуктивность же бесконечно тонкого проводника получается, как предел индуктивности проводника конечного сечения, если площадь сечения стремится к нулю (а интенсивность магнитного поля на его поверхности, соответственно, к бесконечности). При этом бесконечно тонкий проводник обладает как раз максимальной индуктивностью.
Получается, что для снижения индуктивности проводника выгодно разделить его на множество параллельных проводов меньшего сечения и разнести их подальше друг от друга. Так иногда поступают с проводниками высоковольтных ЛЭП (расщепленная фаза).

[Emergency]

Prisma в сообщении #1484499 писал(а):

а если поле ортогонально вектору плотности тока?

Это типа измерим ток в батарейке, а напряжение в сети?

-- 25.09.2020, 15:28 --

sergey zhukov в сообщении #1484504 писал(а):

На мой взгляд, не всегда ясно, что будет, если подключить сверхпроводник к идеальному источнику напряжения с нулевым внутренним сопротивлением.

Это вопрос или ответ?
Если вопрос, то лучше спросить у специалистов.
Я недостаточно компетентен, чтобы рассмотреть все аспекты, но на пару могу указать.
1. В забыли об излучении ускоряющихся электронов.
2. Сверхпроводимость разрушается при вполне конечных значениях тока.

[realeugene]

sergey zhukov в сообщении #1484504 писал(а):

На мой взгляд, не всегда ясно, что будет, если подключить сверхпроводник к идеальному источнику напряжения с нулевым внутренним сопротивлением.

Таких источников напряжения в природе не бывает.

[amon]

sergey zhukov в сообщении #1484504 писал(а):

На мой взгляд, не всегда ясно, что будет, если подключить сверхпроводник к идеальному источнику напряжения с нулевым внутренним сопротивлением.

Ток превысит критический, и сверхпроводник станет обычным, как правило довольно хреновым, проводником. Кроме того, у сверхпроводника нулевое активное сопротивление только на постоянном токе. Если ток меняется, то появляется активная составляющая.

[Prisma]

Emergency в сообщении #1484575 писал(а):

Это типа измерим ток в батарейке, а напряжение в сети?

А какие силы изменяют направление потока сверхтекучей электронной жидкости в проводнике?

[sergey zhukov]

amon
Да, у сверхпроводника комплексное, а не чисто индуктивное сопротивление на переменном токе. Не знал об этом.
Тогда получается, что сверхпроводник в электрической цепи моделируется параллельно включенными индуктивностью и сопротивлением. Постоянный ток течет через эту пару только через индуктивность и только при нулевом напряжении, а переменный течет через оба компонента.

[sergey zhukov]

Возвращаясь к самым первым вопросам этой темы. По моему, ответ должен быть таким:

Все логические противоречия с идеальной катушкой и идеальным проводом возникают потому, что динамический процесс рассматривается, как ряд равновесных состояний. Т.е. в каждый момент времени система считается находящейся в равновесии, несмотря на то, что этого явно не может быть - ведь она находится в процессе изменений.

Это очень распространенное приближение, когда в системе происходят какие-то очень быстрые процессы на фоне очень медленных. Тогда можно говорить, что на коротком отрезке времени быстрые переменные уже пришли в равновесие, в то время, как медленные переменные на этом отрезке вообще были константами. На самом деле это только приближение, которое отлично работает, но может привести к некоторым странностям.

Например, рассмотрим тело, падающее с большой высоты в воздушной среде. Мы знаем, что плотность воздуха с уменьшением высоты будет возрастать, сила тяжести тоже. С другой стороны, мы знаем, что это изменение плотности воздуха и силы гравитации при падении происходит гораздо медленнее, чем наступает баланс сил между силой тяжести и силой сопротивления воздуха (т.е. достигается постоянная скорость падения). Тогда мы можем упростить задачу так: представим себе, что тело в каждой точке траектории падения уже достигло равновесия между силой тяжести и силой сопротивления, которые мало меняются на участке, когда это равновесие достигается. Тогда мы получаем, что в каждой точке траектории тело имеет скорость, определяемую только равновесием сил гравитации и сопротивления. Эта скорость в разных точках будет разной. Просматривая всю траекторию, мы получаем противоречие: тело движется с переменной скоростью, хотя мы всюду пользуемся условиями его равновесия, т.е. отсутствием сил.

Это следствие приближения. Если задачу решать точно, то никакого равновесия ни в одной точке траектории нет.