전압이인가되지 않은 전선에 왜 전류가 없는가?

느슨하게 결합 된 가장 바깥 쪽 전자를 가진 물질의 원자는 시간이 지남에 따라 서로간에 전하를 끊임없이 교환하며, 이러한 물질을 전도체라고합니다. 이제 수행 과정은 전기 공학 교과서에 자주 설명 된 것과 다릅니다.

이것은 회로에 전류가 흐르기 위해서는 전자가 한 리드에서 다른 리드로 이동해야한다는 것을 의미합니다. 현실은 다음과 같습니다.

예를 들어, 배터리의 음극에서 나오는 가장 왼쪽에있는 전자는 가장 가까운 원자에서 충돌하고 있으며, 그 가속으로 인해이 쉘 레벨에서 회전하는 전자를 녹아웃시킵니다. 노크 된 전자는 가장 가까운 원자로 향하고 있으며, 차례로 전자를 노크하여 연쇄 반응을 일으킨다. 따라서 기본적으로 전자는 약간 이동하지만 전체 결과는 거의 순간적입니다.

내가 이해하지 못하는 것은 우리가 전압을 가하지 않고 규칙적인 전도성 와이어를 가져 가면 전자가 여전히 원자에서 원자로 튀어 오르는 것을 의미합니다. 이는 문자 그대로 와이어에 "전자 흐름"이 있지만 LED 다이오드는 아무 일도 일어나지 않을 것입니다. 그래서 제가 정말로 묻고있는 것은 와이어에서 "인가 된 전압이있는 전자 흐름"과 "적용된 전압이없는 전자 흐름"과 어떻게 다른지입니다.

통계적으로, 180º 반대쪽에있는 것처럼 한 방향으로 움직이는 전자가 많으므로 유효 전류가 없습니다. 우리가 "현재"로 알고있는 것은 다른 모든 것보다 한 방향으로 더 많은 전자의 움직임입니다 (금속 조각을 통한 1D, 2D 또는 3D). 이것이 당신이 "자유 전자 톤"을 가질 수 있지만 순 전류가 흐르거나 측정 할 수없는 방법입니다.

이 전자들의 무작위 교반은 열 잡음이라는 이름을 가지고 있습니다. 이 교반은 온도에 비례하므로 물건을 데울 때 더 많이 얻습니다. 그러나 평균 동작은 항상 0이므로 유용한 "작업"을 수행하거나 공정에서 사용 가능한 에너지를 추출 할 수 없습니다.

이것은 열역학 법칙과 일치합니다.

짧은 대답 : 일부 교과서는 전자가 항상 개별 금속 원자를 공전한다는 오해에 감염되어 있습니다. 아니. 그들은 또한 전압이 전선을 따라 가해질 때 전자 가 원자 사이 에서만 점프 한다는 것을 알려줄 것입니다 . 잘못된.

금속에서, 각 금속 원자의 외부 전자 (들)는 원래 원자를 남겼습니다. 이것은 금속이 처음 형성 될 때 발생합니다. 전자가 각 원자에 계속 붙어 있으면 금속은 절연체가되고 낮은 전류 값에서는 저항이 일정하지 않습니다. 실제로, 외부 또는 "전도성 밴드"전자는 항상 모든 금속 원자 사이에서 공전하고있다. 금속 와이어는 일종의 "고체 플라즈마"와 유사합니다. 금속이 이상하다.

물리학 자들은 금속의 이동 전자 인구를 "전자 해 (electron sea)"또는 "전해의 바다"라고 부릅니다. 화학에서는이를 "금속 결합"이라고합니다.

비 양자 관점에서, 우리는 금속 물체를 벤 프랭클린 스타일의 "전기 유체"로 채워진 용기처럼 볼 수 있습니다! 금속의 전자는 호스 내부의 가스 분자와 같이 고속으로 주위를 맴돌고 있습니다. 그러나이 전자 운동은 무작위 방향입니다. 그것은 열 에너지를위한 창고이지만, 단일 방향이 없으므로 "바람"이 아닙니다. 전류가 아닙니다. 모든 전자는 한 방향으로 가고 또 다른 전자는 뒤로 가고 있습니다.

따라서 금속에서 실제 DC 전류 는이 전자 구름의 평균 드리프트가 느립니다 . 개별 전자는 물론 느리게 움직이지 않습니다. 대신 그들은 항상 거의 빛의 속도로 돌아 다닙니다. 그러나 DC 전류 동안 평균 방랑 경로에는 작은 DC 드리프트가 중첩됩니다. 지구 대기는 똑같습니다. 각 분자는 죽은 정지 상태에서도 거의 음속으로 움직입니다. 바람이 없습니다. 우리는 방황을 "열", 브라운 운동으로 간주합니다. 금속의 개별 전자와 동일합니다.

금속의 원자 / 전자의 올바른 애니메이션은 전자가 제로 전류를 위해 양방향으로 점프하는 것을 나타냅니다. 또는 제로 암페어 동안 임의의 움직임으로 여러 원자에서 앞뒤로 흔들리는 것을 보여줍니다. (또는, 눈의 깜박 거림과 같이 '텔레비전 스노우'처럼 보이는 전선 내부를 보여주십시오.) 그런 다음 DC 전류 중에 전체 전자 패턴이 한 단위로 천천히 미끄러 져 움직입니다. 암페어가 높을수록 흐름이 빨라집니다. "액체 백색 소음"은 파이프의 물처럼 느리게 이동하지만 개별 입자는 여전히 남아 있습니다.

이 그림은 모든 컨덕터에 적용되는 것은 아닙니다 . 그것은 고체 금속 (전기 공학에 사용되는 가장 일반적인 형태의 도체)에만 적용되지만 소금물, 산, 접지 전류, 인간 조직 / 신경, 액체 금속, 움직이는 금속, 플라즈마, 스파크 등에는 적용되지 않습니다. 전자, 그래서 엔지니어와 과학자들은 모든 유형의 도체에 적용되는 "기존 전류"를 사용합니다. 금속 내부의 전자 흐름은 일반적으로 특별한 전류입니다.

PS
전자는 보이지 않습니다! (사실, 전자는 유일한 것들에 대해입니다 있습니다 볼.) 우리가 나선 볼 때마다 그래서, 우리는 전자 바다를보고있다. 모바일 전자는 EM 파의 극단 반사기입니다. 금속 표면의 "금속"모양은 자유 전자에 대한 우리의 견해입니다. 따라서 전자는 은빛 액체와 같습니다. 금속에서 전류가 흐르는 동안 은빛이 흐르는 물질입니다. 그러나이 흐름에는 먼지 나 기포가 없으므로 "유체"는 볼 수 있지만 움직임은 볼 수 없습니다. (히트가 움직이는 것을 볼 수 있더라도 충전 드리프트는 너무 느리게 나타납니다.

와이어가 초전도체 인 경우 전류는 실제로 전압없이 흐를 수 있습니다.

선생님 중 한 분이 저에게 주신이 예가있었습니다.

전압이없는 전자는 단순히 임의의 도시에서 좋아하는 독립적 인 사람들과 같습니다. 그들은 자유롭게 자유롭게 움직이지만 어떤 운동에도 참여하지 않습니다. 그들은 중요하지 않은 개인입니다.

이제 갑자기 외국인이 규칙을 설정합니다. 그것은 전자가 반란, 반란 등에서 외래 당사자 (전통적인 전류가 아님)의 설립으로 행진하게한다. 그것들은 운동의 일부이며,이를 전류 라한다.

전류는 전도대 내의 전자가 흐르도록 요구하고, 전압 (또는 유동 유사체로서의 압력)없이, 전자를 전도대로 여기시킬 에너지가 없다. 저항은 원자 적 특성으로 인해 항상 존재하며 금속의 원자가 쉘이 금속의 격자 구조에 바인딩되어 있다는 점에서 전도 밴드와 크게 다르기 때문에 저항이 본질적으로 무한대가되므로 전압 강하는 총 전압이어야합니다. 그들은 그녀의 원자가와의 유대를 깨기 위해 흥분과 그라디언트가 필요합니다. 원자가 전자는 상호 작용할 수 있지만 균일하게 지향적이지 않으며 전도대에 들뜬 것처럼 자유롭게 흐르지 않습니다. 이것은 물론 단순한 전도성 금속을위한 것입니다.

당신의 질문에서, 당신은 무작위 전자 운동과 방향 전자 운동 의 차이점을 모른다는 것이 분명합니다 . 무작위 전자 운동 은 현재가 아닙니다 . 방향 전자 운동 은 입니다.
그것은 인 전압을 부여 방향을 따라서 야기 된 전자에 방향성 전자 흐름을 - ". 전자 전류의"을

당신의 주장 "전자는 다른 ... 한 리드에서 이동하는이, 단순히 사실이 아니다" 잘못된 것입니다 . 사실은 와이어에 "입력" 되는 모든 전자에 대해 다른 전자가 다른 쪽 끝에서 "종료" 되어야합니다 . 이것이 발생하지 않으면 전류 흐름이없는 것입니다! 전압이인가되지 않은 상태에서 "LED를 와이어에 연결할 때 아무런 반응이없는"이유입니다.

우리는 물리학이 더 많고 실용적이지 않기 때문에 귀찮게하지 말라고 들었습니다.

물리학에서 와이어는 데드 쇼트가 아니지만 저항, 커패시턴스 및 인덕턴스가 있습니다. 와이어에 전압을 적용하면 많은 생각이 발생합니다.

전압이 공급되지 않으면 LED 빛을 만들기에 충분한 전자가 원자에서 원자로 점프하지 않습니다.

물리학자는 EE보다 더 잘 대답 할 수 있습니다. 스택 교환에는 물리 섹션이 있습니다.