Физика электрического тока
На главную

Часть 1.
    Что такое электрический ток? Профессор задал этот вопрос студенту.
Тот помялся и выпалил: забыл, честное слово, знал, но… забыл.
Жаль, - сказал профессор. Вы- были единственным человеком на Земле,
который знал- что такое электрический ток.



      Эта шутка приходит на ум, когда читаешь современную формулировку: электрический ток- это направленное движение электронов. Это не совсем так, -бывает движение, не создающее тока. Математическая формулировка точнее, но и она не верна. Сначала надо просто объяснить - какие физические признаки или процессы являются надежными свидетелями тока. В этой постановке вопроса нет лучшего критерия, чем "создание вихревого магнитного поля". Магнитное поле электрон создает орбитальным вращением 'энергомассы (ЭМ). А дальше - просто свойство электрона ориентировать свою ось симметрии по линии движения. Это свойство иносказательно и отражено в формулировке- направленное движение. Почему направленное?- вероятно, чтобы не подпадать под колебательные движения. Но тогда почему неправильно?
    Да потому, что движение является относительным параметром, который теряет смысл без указания относительного объекта для отсчета. В самом деле, движение электронов в проводнике создает ток. Берем в руки тот же проводник с электронами и перемещаем его сколь угодно направленно- ничего! Электроны перемещались, но тока не было. И это ещё не всё. Есть маленький штрих- для ориентации электрона нужно не просто движение, а ускоренное движение. Ведь, сила рождается при ускорении массы.
     Извиняюсь перед читателем за педантизм, - это не мелочь. Математическая запись не говорит о движении, она говорит об изменении заряда , а точнее- об изменении энергии во времени
.

    Но в пределах ячейки ПЭЗ давление неизменно, значит, и энергия электрона постоянна в периоде орбитального вращения ЭМ
.

Следовательно, ток неподвижного электрона равен нулю и мы возвратились к движению?
    И да, и -нет. Дело в том, что ориентация оси симметрии электрона происходит только при внешнем действии локальной силы или электрической напряженности Н. То есть, для движения необходимы затраты энергии. Тогда работа по перемещению электрона A=FdL компенсируется торможением колебаний ЭМ в периоде Т, что понижает внутреннюю кинетическую энергию электрона. Мощность тока, создаваемого электроном, равна
.

Отсюда вытекает, что ток отображает потери энергии электрона при его движении, выраженные в изменении потенциала за период колебаний ЭМ
.

     Отношение ошибочно названо людьми зарядом, не чувствительным к изменению энергии. Дело в том, что энергия электрона внутри периода переходит из электрической формы в магнитную и обратно. Накопителем энергии является емкость электрона. При этом радиус электрона изменяется обратно пропорционально его энергии, отчего потенциал электрона тоже изменяется
.

Накопления энергии не происходит, если электрон перемещается в пространстве за счет изменения объемной плотности зарядов . Такое движение названо в физике током смещения. Оказывается, это вовсе и не ток, поскольку движение электрона происходит вместе с ячейкой ПЭЗ. Вот он относительный объект движения! Действие на данный электрон оказывает не локальная, а распределенная в пространстве совокупность сил. Если перемещается совокупность ячеек ПЭЗ, эта совокупность не изменяется.
    Следовательно, ток создается исключительно в случае УСКОРЕННОГО движения, нарушающего энергетический баланс движущегося электрона относительно - окружающих зарядов. А это значит, что существует мера длины, на которой мы вправе судить о токе, -это параметр z решетки ПЭЗ. Теперь формулировка приобретает физический смысл движения
.

     Движение электронов в металлах и полупроводниках происходит с очень малыми скоростями (единицы метров в секунду), поэтому в формуле заряд электрона можно считать константой. При скоростях, соизмеримых со скоростью света, начинает сказываться непостоянство параметра "заряд" и эта формула уже не годится.
.
Рис.1. Иллюстрация структуры тока на разнородных участках проводимости.

     Возвратим читателя к разделу полупроводников; провалы тока в полупроводнике (рис.1) обусловлены выбыванием числа электронов, движущихся по вектору напряженности. Под действием скалярного давления и различающихся значений объемной плотности часть электронов перераспределялясь в объеме полупроводника. Некоторое время часть электронов двигалась перепендикулярно линии напряженности.
     Протекание тока сопровождается потерями энергии электронов. Потери выражаются разностью потенциалов на концах электрической цепи . Источник энергии должен пополнять энергию электронов в цепи. Величина тока пропорциональна скорости движения электронов и их числу. К сожалению, до сих пор нет способов определения числа свободных электронов в объеме проводника. Неопределенность между параметрами и -вот основная проблема физического описания тока. Мы можем дать только первый коррелирующий фактор- энергия поля ядра. Интенсивность этого поля непосредственно связано с массовым числом химического элемента. Поэтому объемная плотность зарядов безусловно зависит от объемной плотности вещества. Потребуется ещё много времени, чтобы создать конкретную таблицу зависимостей, учитывающей также тип и форму решетки атомов, а также интерференцию ядерных полей для различных материалов.
ДАЛЕЕ



Hosted by uCoz