Question

Объясните на молекулярном уровне , как заряды совершают работу при их упорядоченном движении в проводнике?

Answer 1

При движении заряженных частиц в проводнике происходит пе­ренос электрического заряда с одного места в другое. Однако если заряженные частицы совершают беспорядочное тепловое движение, как, например, свободные электроны в металле, то переноса заряда не происходит. Электрический заряд перемещается через поперечное сечение проводника лишь в том случае, если наряду с беспорядочным движением электроны участвуют в упорядоченном движении. В этом случае говорят, что в проводнике устанавливается электрический ток.

Электрическим током называют упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц. Электрический ток возникает при упорядоченном перемещении свободных электронов или ионов.

Полный заряд, переносимый через любое сечение проводника равен нулю, так как заряды разных знаков перемещаются с одинаковой средней скоростью.

Электрический ток имеет определенное направление. За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц. Если ток образован движением отрицательно заряженных частиц, то направление тока считают противоположным направлению движения частиц.

Движение частиц в проводнике мы непосредственно не видим. О наличии электрического тока говорят следующие действиям или явлениям, которые его сопровождают:

1. проводник, по которому течет ток, нагревается,

2. электрический ток может изменять химический состав проводника,

3. ток оказывает силовое воздействие на соседние токи и намагниченные тела.

Чтобы поддерживать ток постоянно, надо постоянно поставлять электрические заряды к одному концу проводника и удалять их от другого конца. Такую работу выполняют источники тока, которые могут быть по принципу действия механическими, химическими, тепловыми и т. д. Всем знакомые батарейки вырабатывают ток в результате химических реакций, а тепло работает в термопаре - соединении двух проводников из разных металлов. Солнечный свет может вырабатывать ток в фотоэлементах, из которых собираются солнечные батареи.

Answer 2

На молекулярном уровне проводники состоят из атомов и молекул, которые обладают зарядами внутри себя. При упорядоченном движении заряженных частиц (обычно электронов) в проводнике может происходить электрическая работа.

Для лучшего понимания, представьте проводник как сеть атомов, в которой свободные электроны могут двигаться. Эти свободные электроны обладают отрицательным зарядом и могут перемещаться вдоль проводника под воздействием электрического поля.

При наличии разности потенциалов (различий в электрических зарядах) между двумя точками проводника начинается движение электронов. Электрическое поле, созданное этой разностью потенциалов, ускоряет электроны в направлении с более высоким потенциалом к меньшему.

В процессе движения электроны взаимодействуют с атомами и молекулами проводника, сталкиваясь с ними. Эти столкновения вызывают потерю энергии электронами, что приводит к образованию тепла. Однако при низких температурах и в проводниках с низким сопротивлением (например, медь) эффекты тепловой диссипации минимизируются, и электроны могут двигаться сравнительно свободно.

Когда электроны перемещаются, они создают электрический ток, что в свою очередь означает, что совершается работа. Эта работа может проявляться в различных формах, например, в виде тепла, света (как в случае с лампочкой), магнитного поля и т.д. Само движение электронов от точки с более высоким потенциалом к точке с меньшим потенциалом и составляет направленное движение зарядов, которое позволяет проводникам выполнять электрическую работу.