Atomlar birkaç katman veya elektron kabuğu içerir. Hidrojen atomunun ilk katmanda bir elektronu vardır, helyum atomunun birinci katmanda iki elektronu vardır, sonraki atomun (lityum) ilk katmanda iki, ardından ikinci katmanda bir elektronu vardır. Her katman tipik olarak yalnızca belirli bir elektronu tutabilir. elektron sayısı.

En iyi iletkenlerin en dış katmanlarında bir atom vardır ve ondan vazgeçmekten fazlasıyla mutlu olurlar. Bakır atomunu düşünün. Her katmanda şu elektron sayısına sahiptir: 2, 8, 18, 1. Zayıf yüklü bir alan altında bir elektrondan vazgeçecek ve daha sonra pozitif olarak yüklenecek ve komşu bir bakır atomundan bir elektron "çekecek". Gümüş ve altına bakarsanız benzer şekilde düzenlenirler: Gümüş için 2, 8, 18, 18, 1 ve altın için 2, 8, 18, 32, 18, 1.

Sen bir elektronun herhangi bir atomunu soyabilir, ancak en iyi "iletkenler" bunu yapmak için yalnızca zayıf bir alan gerektirir.

Dolayısıyla, zayıf bir elektrik alanı kullanarak bir elektronu bakır bir telin ucundan çekersem, o zaman bu atom komşusundan bir elektron çekebilir ve sonunda telin herhangi bir yerindeki bir bakır atomu elektronunu kaybedecek, ancak çok uzakta olduğu veya başka bir alanla etkileşime girdiği için bir başkasınınkini alamayacak. Bir elektronu telin ucuna itersem, o zaman onu alan bakır atomu çok fazla olacaktır, negatif bir yük sergileyecek ve esas olarak fazladan elektronunu alamayan bir atom bulana kadar başka bir bakır atomuna itecektir. ondan veya zaten eksik olan bir atomdan kurtulun.

Elektronları izolatörlerin üzerine ve dışına itebilir ve çekebilirsiniz - bunu örneğin kumaş ve plastik kullanarak statik yükler oluşturduğunuzda yaparsınız. .

Ancak iletkenler yükü dahili olarak yeniden dağıtır, bu nedenle bir kablonun bir ucunu fazladan elektronlarla yüklerseniz, kablonun diğer ucunun da benzer şekilde yüklü olduğunu düşünebilirsiniz.

Genellikle kimyasal reaksiyon kullanan bir pil, bir ucunda pozitif, diğerinde negatif yük oluşturur. İki uç arasına bir iletken bağlarsanız, elektronları, negatif yüklü taraftan (çok fazla elektron) pozitif yüklü tarafa (çok az elektron) geçerken iletkenden geçmeye zorlarsınız.

Elektronlar sadece DC için bir yönde hareket ederler ve AC için bir yönde sonra diğerinde hareket ederler. Değişen manyetik alan nedeniyle (yani, tel bir indüktöre dönüşür) yüksek frekanslı AC sinyalleri tipik olarak tel yüzeyinin yakınında hareket eder. Bunu daha iyi anlamak için "cilt etkisi" ne bakabilirsiniz. Elektronlar, iletkenin atomları arasında hareket eder.

Kablonun içinden 6.28x10 ^ 18 elektronu her ittiğinizde, bir amper akım geçirmiş olursunuz. Bu 6,28 milyar elektron. Bununla birlikte, bir metrelik 20 gauge telde yaklaşık 4.38x10 ^ 22 bakır atomu vardır, bu nedenle, eşit bir dağılım varsayarsak, tam bir amperi iterseniz, ittiğiniz elektronların hiçbirini alamazsınız - halihazırda telin içinde bulunan elektronları dışarı itti. Elektronlar yavaşça, tek tek hareket eder, ancak yük hızla dağılır - bir elektronu ittiğiniz anda, diğer ucundan neredeyse ışık hızında birini diğer ucundan çekmenin daha kolay olduğunu görürsünüz. Aynı elektron değildir, ancak etki ve yük aynıdır.

İyi bir iletken, yükü çok çok hızlı bir şekilde dağıtır ve hareketin çoğunu ısıya dönüştürmez. Aynı akımı aynı boyuttaki altın tel ve aynı boyuttaki bakır telden geçirirseniz, altın tel daha fazla ısınır, çünkü bu altın atomlarının elektronları bırakıp kabul etmesi daha zordur.

I.e. Telin sonuna geldiklerinde nasıl bir yol izlerler?

Yok. Açık devre varsa, akım yoktur.

Akım gerçekten sadece elektron akısıdır: Bir yönde 1A akım = 6.24 x 10 ¹⁸ diğer yönde akan elektron. (Bunun için Benjamin Franklin'e şükür: pozitif yük olduğunu düşündüğü şeyin hareketine dayanarak akım için işaret geleneğine karar veren oydu.)

Bir iletkendeki akıma bir anlamda neden olur elektrik alanları. Bir iletkende, akım yoğunluğu J = σE burada J amper / m ² , σ malzemenin iletkenliğidir ve E elektrik alanıdır.

Eğer siz bileşenlerin (örneğin dirençler, vb.) bulunduğu bir devreye bağlı bir kabloya sahip olması, voltajın devre boyunca elektrik alanları oluşturarak akımın akmasına neden olması. Elektronlar başka bir bileşene bağlı telin ucuna ulaştığında, o bileşene hareket ederler ve devre etrafında bir döngü içinde devam ederler.

Buradaki en kolay benzetme muhtemelen su akışıdır. Akım su akışına benzer, voltaj basınca benzer, piller pompalara benzer, kablolar hortumlara veya borulara benzer. (Su benzetmesinin aksine, bir devreyi keserseniz akım durur, çünkü elektronların havasındaki iletkenlik çok düşüktür, halbuki bir hortum keserseniz su dışarı taşar.)

Metal iletken, metali oluşturan atom çekirdeklerinin pozitif yüküyle bir potansiyel kuyusunda tutulan serbest elektron denizidir. Şu şekilde çalışır: Bazı elektronlar atomların çekirdeğine sıkıca bağlıdır ve bazıları serbestçe dolaşabilir. Sıkıca bağlanmış olanlar hareket etmez, ancak özgür olanlar istedikleri yere gidebilirler ... Isı (kahverengimsi hareket) tüm bu parçacıkların hareket etmesine neden olur ve sıcaklık yükseldikçe daha hızlı hareket ederler. Bazı elektronlar serbestçe hareket edebildikleri için, sarsıntı onları atomların geri kalanından daha uzağa sıçratma eğilimindedir. Tel yüzeyinin ötesinde bir elektron bulutu oluşmaya başlar ve biz ısıttıkça büyür. Elektron bulutu dışarı çıktıkça, (aslında bir kristal kafeste) yerinde sıkışmış atomlar, elektronları geri çekme eğiliminde olan pozitif bir elektrik yükü geliştirir. Dolayısıyla, elektron bulutunu genişletme eğiliminde olan ısıya bağlı sarsıntı (bir gazdaki moleküller ısıtıldığında genleşmek istemesine benzer bir şey) ile negatif elektronlar zamanlarının bir kısmını daha fazla harcadıkları için gelişen elektrik alanı arasında bir denge vardır. telden uzakta kalan pozitif atomlardan daha uzakta. Net etki, tüm elektronların telin yakınında kalması gerektiğidir, ancak sıcaklık yükseldikçe daha da uzaklaşırlar. Bu "elektron denizi" nedeniyle meydana gelen pek çok şey var.

Birincisi, bu bir deniz ve okyanusla bir benzetme yapabiliriz. ABD'nin doğu kıyısı boyunca Gulf Stream denen bir şey var. Denizde bir akıntıdır. Saatte birkaç mil hareket eder ve kuzeye doğru bol miktarda su taşır. Okyanusta dalgalar da var. Atlantik'te bir deprem olsaydı, ortaya çıkan bir tsunami okyanusu saatte 600 mil hızla hareket ederdi. Dolayısıyla, bir denizde dalgaların çok hızlı hareket ederken, akım çok daha yavaş hareket edebildiğini deneyimledik. Bir telde hemen hemen aynıdır. Bir telin ucuna pozitif bir potansiyel uyguladığınızda, telin etrafındaki buluttaki elektronlar ona çekilir. Aslında, pozitif yükünüz şimdi atomların pozitif yüküyle rekabet eder ve elektronların bazıları yönünüze doğru kayar. Hatta bazıları uyguladığınız pozitif yükünüze fiziksel olarak hareket edebilir, ancak çoğunlukla telin ucundaki elektron bulutu size doğru kayacaktır. Bir kez değiştiklerinde, biraz daha ileride olanlar kaymayı görecekler çünkü şimdi size doğru tarafta daha az negatif elektron var. Böylece değişecekler. Bu işlem, telin aşağısına doğru yayılır, her bir elektron grubu, diğerlerinin değişmesi nedeniyle alandaki değişiklik nedeniyle kayar. 'Dalga' telin diğer ucuna ulaştığında, buradaki bulut karşı uca doğru kayacak ve atomların pozitif yükünün daha fazlasını açığa çıkaracak, böylece sonunda pozitif bir potansiyel göreceksiniz. Ama hemen olmuyor. Kablodaki alan değişmelidir ve bu zaman alır. Şimdi gerçekten ilginç olan kısım şudur: elektrik alanları telin dışında ışık hızında hareket eder, ancak tel içinde ÇOK YAVAŞÇA hareket ederler. Kesin rakamlara sahip değilim, ancak tel alanlarının dışında 3x10 ^ 8 metre / sn hızla ilerliyor. Telin içinde saniyede bir metre bile değil. DC uygularsanız, tek bir elektronun telin diğer ucuna doğru ilerlemesi çok uzun zaman alır. Ancak, tele pozitif bir darbe uygularsanız, diğer uçta yaklaşık ışık hızında pozitif bir darbe görürsünüz (telin etrafına bir yalıtkan yerleştirirseniz, aslında biraz daha yavaş olur, ancak bu, an). Bu nasıl olabilir? Alanlar telin içinde çok yavaş hareket ederse, nabız diğer uca nasıl bu kadar hızlı ulaşır? Bunu telin ETRAFINDAKİ alan nedeniyle yapar. Özellikle AC sinyalleri için bir kablo, bir dereceye kadar içten dışa bir dalga kılavuzu gibi davranır. Alanlar telin içine giremezler, bu yüzden yüzeye yakın kalırlar ve sadece elektronları yüzeye yakın bir yerde sarsarlar. DC için, alanlar nihayet tüm kabloyu delebilir ve her şeyi hareket ettirebilir, ancak AC için alan düzenli aralıklarla tersine döner, bu nedenle tele biraz girdiğinde tersine döner ve baştan başlamak zorundadır. Net etki, tellerdeki akımların yüzeye yakın dar bir bölgede hareket etmesidir: buna 'Cilt Etkisi' denir. Dr Skin tarafından keşfedildiğini sanmıyorum (ama yanılıyor olabilirim), sanırım sadece telin yüzeyine veya 'cildine' yapışan akımla ilgili. Bunun ne kadar önemli olduğunu merak ediyorsanız: çok çok çok şey. Ton. Harika ağızlar. Video sinyalleri için profesyonel olarak kablo ekolayzırları yaptım. Cilt etkisi, birkaç yıl boyunca iyi bir maaş kazanmama izin verdi. 24 kalibrelik bir kablo alın (örneğin, Cat 5) ve çok düşükten (örneğin 30 Hz) makul derecede yükseğe (5MHz diyelim) frekansları olan bir sinyal uygulayın. Düşük frekanslar bakırın içine çok daha fazla nüfuz edebilir ve bu yüzden aslında çok daha büyük bir kablo görürler. Yüksek frekanslar yalnızca ince bir tüp görür. Fark ne? Direnç! Sinyaller kalın bir telde ince bir tüpe göre çok daha kolay akar. Böylece, kablodan aşağı inerken yüksek frekanslar küçülür ve küçülür. Bir video sinyali için bu, resminizin daha bulanık ve daha bulanık hale gelmesi ve sonunda rengin kaybolacağı anlamına gelir. Cat 5 kablosuyla bir mil geçtikten sonra, bir video sinyalinin 5 MHz'lik kısımları düşük frekanslardan yaklaşık bir milyon kat daha küçük olacaktır.
Bu 'elektron denizinin' açıkladığı bir diğer şey: katot ışınları. Eski güzel günlerde elektrik sinyalleri vakum tüpleri ile güçlendiriliyordu. Vakum tüpünün kendisinde bir filaman (içinden zorlanan akım vardı, bu yüzden turuncu sıcak parlıyordu) ve filamanın yanında bir ızgara (metal bir ekran gibi) vardı. Daha ileride plaka adı verilen bir şey vardı (bu sadece terminal bağlantılı metal bir plakaydı). İplik sıcakken, elektron denizi genişledi ve birçok elektron ev tellerinden oldukça uzaklaştı. Izgaraya pozitif bir yük uygularsanız, bu elektronların bir kısmını filamandan çekip çıkarabilir ve aynı zamanda plakaya pozitif bir yük uygularsanız, elektronlar elektronların içindeki vakum boyunca hızla uzaklaşırlar. bir akıma neden olan plaka üzerinde tüp ve arazi. Böylece şebeke, borudan geçen akımı kontrol edebiliyordu ve bu ilk elektronik amplifikatördü. İlk ampullerden icat edildi. Aslında, Edison neredeyse onu icat etti, ancak deneyi hiçbir zaman bitirmedi, bu yüzden başını salladı DeForrest adında bir beyefendi. (Sanırım ... belki Wikipedia'ya bakmalıyım). Bu plaka fosforla kaplı bir ekran olsaydı, CRT (katot ışın tüpü) oldu ve bu da ilk televizyon oldu. ana atomlarına göre yer. Aradığın bu muydu emin değilim, ama bir kez öğrendiğimde bana her zaman yardımcı oldu. Bol şans.Dave

Bir elektrik akımı aktığında, elektronlar negatif kutbundan pozitif kutba doğru çok küçük bir hızda hareket eder; bu, standart bir telde bir ampule doğru \ $ 0,02 mm / sn \ $ düzeyinde bir şeydir. Elektronlar, akım dediğimiz şeyin tersi yönde hareket eder. Telin ucuna ulaştıklarında, aslında terminalin, ampulün veya her neyse malzemesinin içine aktarırlar. Elektron hareketliliğinin kolaylığı, iletkenlik dediğimiz şeydir.

AC devrelerinde, elektronlar, akımın polaritesini izleyerek, AC'nin frekansına bağlı olarak, aslında biraz kıpır kıpır kıpır kıpır kılar.

Bkz. http://amasci.com/miscon/speed.html

DC uygulandığında, bakırdaki serbest elektronlar pilin negatif terminalini terk etmeye ve pilin pozitif terminaline girmeye başlar. Çok yavaş hareket ederler [Bir referans B L Theraja, Electrical Engieering'de bulunabilir]. Oradaki yolculuğa sadece ulaşıp bitmiyorlar. Akıntı, belirli bir yöndeki hareketlerinden kaynaklanıyor, hedeflerine ulaştıkları ve şimdi ölmeleri gerektiği için değil.

Elektronlar ölmez. Bakır telden bataryaya (aynı zamanda düşük dirençli bir iletkendir) giden yoluna devam edeceklerdi.

AD akımı da aynı şekilde. Elektronlar basitçe ileri geri hareket eder. Başka bir yanıtın çok yavaş hareket ettiklerini söylediği gibi, bu gerçekten küçük bir kıpırdama olmalı. Ama çok elastik olduklarından değil. Bu, iletkenin başlangıcında bir elektron hareket ederse, iletkenin ucundaki başka bir elektronu hareket ettirdiği anlamına gelir. Öyleyse hareket tamamen biçimsiz. Ve her zaman bakırdan pilere ve pilden bakıra hareket eden elektronlar vardır. Hem AC hem de DC'de.

Su ile analojiyi genişletmek gerekirse; bir ucunda bir miktar su kaynağı ve diğerinde bir vana bulunan uzun bir borunun olduğunu varsayalım: boru suyla dolu ve vanayı açtığınızda "anında" dökülmeye başlıyor. Suyun borudan sonsuz hızla geçtiğini söylemiyorsunuz, sadece borunun içinde olduğunu ve bir yere gitmek için bir yol beklediğini söylemiyorsunuz.

Aynı şey elektrik için de geçerli: elektronlar telin içinde ve voltajı uyguladığınızda hareket etmeye başlarlar. Neredeyse anında etkiyi görüyorsunuz çünkü telin sonunda bir miktar "bekleme" vardı, yanındakiler tarafından itiliyor ve böylece kaynağa gidiyor. Dolayısıyla, elektronlar yavaş olsa bile, sinyaller bu zincirleme reaksiyon nedeniyle çok daha hızlı yayılır (2/3 c ortak bir referanstır).