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¿Por qué la electricidad necesita cables para corriente?

Si se le cae una muy pesada bola de la bola de la energía potencial gravitatoria se convertirá en energía cinética.

Si coloca la misma pelota en la piscina, la pelota va a bajar. Una gran cantidad de energía cinética que se convertirá en energía térmica debido a la fricción, pero la energía potencial gravitacional todavía será convertido.

Del mismo modo, ¿por qué no la electricidad fluya sin un buen conductor? ¿Por qué no el flujo de Electrones de la terminal negativa a la terminal positiva sin necesidad de un cable de sujeción?

La electricidad fluye como una ola y metales tienen electrones libres en los electrones de la nube, que permite que las ondas se propaguen, o de propagación. Pero cuando estos electrones libres no están disponibles para propagar la onda, ¿por qué no los electrones sólo se "mueva" como la pelota? ¿Por qué no los electrones sólo "mover" a través del aire a la terminal positiva?

Una lenta deriva de la velocidad significa que los electrones más probable es que va a tomar mucho tiempo para propagar la onda de electricidad, pero que aún debe llegar.

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CIA Puntos 96

Continuar con el uso de la bola analogía pensar en la pelota como análoga a la de los electrones. Ahora lo que si la pelota se adjunta a un punto por medio de un resorte? ¿Otoño? Puede oscilar sobre ese punto, pero no sería capaz de escapar de la restricción efecto de la primavera en su totalidad. Es el mismo caso que con enlazados electrones. Son más o menos ligado al átomo. Si el campo gravitatorio es muy fuerte puede ser capaz de t o romper la primavera y extraer el balón fuera de la primavera. Esto sucede a veces en el de la electricidad. En la descarga del rayo, el campo eléctrico es tan alta que incluso la envolvente de los electrones son arrancados de sus átomos por lo tanto ionizar el gas y la creación de lo que se conoce como plasma. Con una piscina de electrones libres y los iones positivos disponibles corriente eléctrica ahora puede fluir libremente a través del plasma - no necesita cables. Pero a menos que usted tenga un nivel suficientemente alto campo eléctrico para producir ionización(para la ionización del aire, el terreno está cerca de a $10^6V/m$ - alta de los campos no pueden ser producidos por el 100 - 250 V del hogar voltajes disponibles en la mayoría de los países) se tendría que usar cables hechos de material conductor, donde los electrones libres están disponibles si usted quiere tener la conducción eléctrica en los voltajes normales.

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smacdonald Puntos 151

A raíz de los debates sobre dmckee y Daniel respuestas, aquí está mi resumen.

El potencial eléctrico en un metal sólido no es 0 en todas partes. Sería si los electrones se localiza exactamente donde el ion de núcleos, por lo que el potencial eléctrico de los electrones y los núcleos cancelar exactamente. Sin embargo, la mecánica cuántica decir que los electrones tienen una función de onda que se "extiende" (transferido). El potencial eléctrico que se crea es un poco más ancha que la de los núcleos. La suma de ambas contribuciones, para un átomo, podría parecerse a la siguiente figura (que es una muy crudo y probablemente visión poco realista).

Potential from a delocalized electron

Por el camino, que permite a los metales a unir, los electrones proporcionando el potencial para atraer el cercano núcleo.

Si la suma de estos potenciales de muchos de estos átomos igualmente espaciados, usted puede obtener los siguientes posibles.

Potential from a few atoms

Otro ejemplo de este potencial está representado aquí. Los electrones se comportan como ondas en este potencial y de rebote en cada superficie. Es por eso que no se escape fácilmente el metal: que tendría que superar el potencial de la pared en la superficie del metal. Por esta razón, los electrones seguir fluyendo en cables metálicos.

Tenga en cuenta que si usted tiene electrones en exceso, se repelen hasta que están en la superficie del metal, que es la razón por la carga extra se queda en la superficie de los conductores.

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aceinthehole Puntos 1460

Si se define la "electricidad" como los portadores de carga en movimiento (que creo que es razonable), entonces usted necesita libre de portadores de carga, por lo que necesita algún tipo de medio en el que los portadores de carga pueden llegar a perder.

El medio no tiene que ser de metal, cables, que pueden ser gases (como en el caso de la deriva de las cámaras), líquidos (por ejemplo, un líquido de argón TPC o una batería de celdas húmedas), plasma (obvio, espero) o sólidos.

Los átomos que componen ordinario de aire no son fácilmente ionizado y la recuperación de sus electrones muy rápidamente (debido a la fuerza electrostática). En los metales hombre electrones están en o cerca de la "banda de conducción" y puede llegar a perder muy fácilmente y no se vuelven a combinar de manera eficiente. Los electrones en la banda de conducción del metal son "libres" en el sentido de que se puede mover por todo el interior del conductor fácilmente, pero todavía se requiere de energía para eliminarlos del metal (hace "libre" en un sentido más general). Esa energía es la "función" que se puede encontrar en las descripciones del efecto fotoeléctrico.

La barrera de potencial es, probablemente, el mayor contribuyente a la no-flujo de electricidad a través de un circuito abierto.


Para explicar los aisladores en su ejemplo, extender la metáfora para el uso de melaza fría en lugar de agua como el medio. Si usted está dispuesto a esperar el tiempo suficiente para que la pelota va a bajar, pero va a ser dolorosamente lento y no te apreciable útiles de trabajo fuera de él.

1voto

Naufil Puntos 19

Cuando usted pregunta: "¿por qué no los electrones sólo se "mueva" como la pelota? ¿Por qué no los electrones sólo "mover" a través del aire a la terminal positiva." Creo que hay que tener en cuenta que el balón está hecho de átomos neutros que son en sí mismos compone de electrones de carga negativa y los protones de carga positiva. Los electrones son atraídos por el terminal positivo, pero los protones se repelen por igual. Por lo tanto, la pelota, como un todo, no se mueve. Que responde a una parte de su pregunta. Entonces usted podría preguntarse por qué los electrones no se mueven por su propia cuenta para el terminal positivo? Y la respuesta es que se puede si el voltaje es lo suficientemente alto como para superar la atracción de los electrones con los protones que están conectados a la pelota. El rayo es un buen ejemplo de ello, como es la descarga estática.

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Dan Herbert Puntos 38336

Intente la búsqueda de la conducción y la de valencia bandas. La teoría explica en términos de energías por qué los flujos de electricidad.

Picture

No es como las bolas debido a que los electrones están obligados por los pozos de potencial, que tienen que salir para que fluyan.

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