Šta je potrebno da bi se elektroni vratili? Slobodni elektroni

metal, kao i sve čvrste materije ah, svaki atom zauzima određeno mjesto. Istina, pod određenim uslovima atomi čvrstih tela mogu da napuste svoja mesta, ali u svakom slučaju mogu dugo vremena ostati “vezani” za određeno mjesto. Ovisno o temperaturi, svaki atom vibrira manje ili više snažno oko ovog mjesta, a da se ne udaljava od njega. Za razliku od drugih čvrstih materija, metali ga imaju zanimljiva karakteristika: slobodni elektroni se kreću u prostoru između atoma metala, odnosno elektrona koji nisu povezani sa određenim atomima.

Odakle dolaze ovi slobodni elektroni?

Činjenica je da u atomima jezgro ne drži sve elektrone jednako čvrsto. U elektronskim omotačima atoma metala uvijek se nalaze jedan, dva ili tri elektrona koji su vrlo slabo vezani za jezgro. Stoga, na primjer, kada se otapaju različite soli, atomi metala uključeni u njihov sastav lako predaju ove elektrone drugim atomima i sami se pretvaraju u pozitivne ione. Odvajanje elektrona od atoma također se događa u komadu bilo kojeg metala, ali svi elektroni koji su izgubili vezu s atomima ostaju u samom metalu između formiranih iona.

Broj slobodnih elektrona u metalu je ogroman. Ima ih otprilike isto koliko i atoma. Međutim, cijeli komad metala ostaje, naravno, nenabijen, jer je pozitivni naboj svih iona tačno jednak negativnom naboju svih elektrona.

Dakle, strukturu metala možemo zamisliti u ovom obliku. Atomi metala koji su izgubili 1-2 elektrona postali su joni. Relativno čvrsto sjede na svojim mjestima i formiraju, moglo bi se reći, kruti “kostur” od komada metala. Elektroni se brzo kreću između jona u svim smjerovima. Neki od elektrona se pri kretanju usporavaju, drugi ubrzavaju, pa među njima uvijek ima i brzih i sporih.

Kretanje slobodnih elektrona je potpuno nasumično. Ne možete uhvatiti nikakve curke ili tokove u njemu, nema konzistencije. Slobodni elektroni Kreću se u metalu otprilike na isti način kao što mušice jure po toplom zraku ljetne večeri: u roju svaka od mušica leti sama, nekad brže, nekad sporije, a cijeli roj miruje.

Među elektronima koji se nasumično kreću uvijek ima onih koji lete prema površini metala. Hoće li izletjeti iz metala? Uostalom, ako ostavite otvorenu posudu s plinom, čiji su molekuli također u nasumičnom kretanju, poput elektrona u metalu, tada će se molekuli plina brzo raspršiti u zraku. Međutim, elektroni ne izlete iz metala u normalnim uslovima. Šta ih koči? Privlačenje jonima. Kada se elektron podigne malo iznad površine metala, više nema jona iznad njega, ali ispod, na površini, postoje. Ovi joni privlače elektron koji se diže, i on pada nazad na površinu metala, baš kao što kamen bačen nagore pada na tlo.

Kada bi kamen imao dovoljno veliku početnu brzinu, mogao bi savladati Zemljinu gravitaciju i

Odletite u međuplanetarni prostor, kao što topovska kugla odleti u romanu Žila Verna. Vrlo brzi elektroni također mogu savladati sile električne privlačnosti i napustiti metal. Ovo se dešava kada se zagreje.

Kada se metal zagrije, povećava se kretanje ne samo atoma, već i elektrona, a na visokim temperaturama toliko elektrona izleti iz metala da se može detektirati njihov tok. Pogledajte sl. 7. Prikazuje neobičnu sijalicu. U njegovom cilindru, na određenoj udaljenosti od filamenta, nalazi se a metalna ploča. Ploča se naziva anoda, a nit katoda. Baterija je spojena na jedan kraj navoja (nije važno koji) i na anodu, a između baterije i anode uređaj je povezan u tzv. struja. Ovaj uređaj se naziva galvanometar. Sama nit lampe je uključena električna mreža i usijana. Ako je anoda spojena na negativni pol baterije, a navoj spojen na pozitivni pol, tada u anodnom kolu neće biti struje (slika 7 lijevo). Pokušajmo sada promijeniti polove i spojiti ploču na "plus" baterije. U kolu će se odmah pojaviti struja (slika 7 desno). Ovaj eksperiment pokazuje da žarna nit žarulje zapravo emituje negativne naboje - elektrone koji se odbijaju od anode ako je negativno nabijena (slika 7 lijevo), a električnim silama se odnesu na anodu ako je spojena na pozitivni terminal baterije (slika 7 desno).

Emisija elektrona vrućim metalima je od velike praktične važnosti. Dovoljno je reći da se koristi u svim radio cijevima (o radio cijevima ćemo govoriti u posljednjem dijelu knjige).

Možete povećati energiju elektrona i natjerati ih da izlete iz metala ne samo grijanjem, već i osvjetljenjem. Takve pojave je 1888. proučavao ruski fizičar, profesor na Moskovskom univerzitetu A.G. Stoletov. Struja svjetlosnih zraka nosi energiju, a ako svjetlost padne na metal, tada dio te energije apsorbira metal i prenosi na elektrone. Dobivši dodatnu energiju, neki elektroni savladaju privlačenje jona i izlete iz metala. Ovaj fenomen se naziva fotoelektrični efekat. Fotoelektrični efekat se koristi u veoma važnom uređaju za tehnologiju - fotoćeliji. Dijagram fotoćelije je prikazan na slici 8.

Staklena posuda iz koje je uklonjen zrak obložena je iznutra slojem metala, obično natrijuma, kalija ili cezijuma, podvrgnutog posebnoj obradi (elektroni iz ovih metala se lako oslobađaju kada su izloženi vidljivo svetlo); Samo mali prozorčić za prijenos svjetlosti nije prekriven metalom. Metalni sloj služi kao katoda fotoćelije (fotokatoda). Tanka metalna žica ili mreža se postavlja u sredinu cilindra. Ovo je anoda. Fotokatoda je spojena na negativni terminal baterije, a anoda na pozitivni terminal. Čim svjetlosni zraci padnu na fotokatodu, neki elektroni dobivaju veću energiju i pobjegnu s njene površine. Sila električne privlačnosti ih tjera prema anodi, a struja se pojavljuje u krugu. Ako osvjetljenje prestane, struja nestaje). Imajte na umu da su obje opisane metode u stanju izvući iz metala samo vrlo mali dio slobodnih elektrona prisutnih u njima.

Lako je shvatiti da je elektrifikacija trenjem proces izbacivanja elektrona. Na primjer, kada se staklo trlja o kožu, elektroni izvučeni iz stakla se prenose na kožu.

Dakle, znamo da se elektroni mogu izdvojiti iz atoma. Hajde sada da vidimo kako možemo kontrolisati elektrone koji su ostavili atome.

Struja(od grčkog elektron – ćilibar, pošto ćilibar privlači svjetlosna tijela), odnosno struja se počela koristiti tek 1800. godine, kada je talijanski fizičar Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta izumio prvu bateriju na svijetu i time obezbijedio prvi pouzdan, konstantan izvor električne energije.

Kako nastaje električna energija?

Sve oko nas sastoji se od sitnih čestica koje su nevidljive ljudskom oku – atoma. Atom se sastoji od manjih čestica: u centru se nalazi jezgro, a oko njega kruže elektroni. Jezgro se sastoji od neurona i protona. Elektroni koji kruže oko jezgra imaju negativan naboj (-), a protoni koji se nalaze u jezgru imaju pozitivan naboj (+). Obično se broj elektrona u atomu poklapa sa brojem protona u jezgri, tako da atom nema naboj – neutralan je.

Postoje atomi kojima možda nedostaje jedan elektron. Imaju pozitivan naboj (+) i počinju da privlače elektrone (-) iz drugih atoma. A u ovim drugim atomima, elektroni lete iz svojih orbita i mijenjaju svoju putanju. Kretanje elektrona od jednog atoma do drugog proizvodi energiju. Ova energija se zove električna energija.

Odakle dolazi struja u našim domovima?

Struju dobijamo iz velikih elektrana. Elektrane imaju generatore - velike mašine koje rade iz izvora energije. Obično je izvor toplotnu energiju, koji se dobija zagrevanjem vode (pare). A za grijanje vode koriste ugalj, naftu, prirodni gas ili nuklearno gorivo. Para koja se proizvodi kada se voda zagrije pokreće ogromne lopatice turbine, koje zauzvrat pokreću generator.

Energija se može dobiti upotrebom sile vode koja pada sa velikih visina: sa brana ili vodopada (hidroelektrana).

Energija vjetra ili solarna toplina mogu se koristiti kao izvor energije za generatore, ali se ne koriste često.

Zatim, radni generator, koristeći ogroman magnet, stvara tok električnih naboja (struja) koji prolazi kroz bakarne žice. Za prijenos električne energije na velike udaljenosti, napon se mora povećati. Da biste to učinili, koristi se transformator - uređaj koji može povećati i smanjiti napon. Sada struja velike snage(do 10.000 volti ili više) kreće se kroz ogromne kablove koji su duboko pod zemljom ili visoko u zraku do svog odredišta. Prije ulaska u stanove i kuće, struja prolazi kroz drugi transformator, koji snižava njen napon. Sada gotova električna energija se kreće kroz žice do potrebnih objekata. Količina potrošene električne energije regulirana je posebnim brojilima koji su pričvršćeni na žice koje prolaze kroz zidove i podove. snabdjeti struju svakom soba kuće ili stana. Struja napaja rasvjetu, televiziju i razne kućne aparate.

Ako vam je potrebna pomoć u rješavanju zadataka iz fizike ili matematike, online tutori su uvijek spremni pomoći. U bilo koje vrijeme i bilo gdje, učenik se može obratiti online tutoru za pomoć i dobiti savjet o bilo kojoj temi. školski program. Obuka se odvija kroz posebno dizajniranu softver. Kvalifikovani nastavnici pružaju pomoć u izradi domaćih zadataka i objašnjavanju nerazumljivog materijala; pomoć u pripremi za državni ispit i jedinstveni državni ispit. Učenik sam bira da li će dugo izvoditi nastavu sa izabranim tutorom ili će pomoć nastavnika koristiti samo za specifične situacije kada se pojave poteškoće sa određenim zadatkom.

web-stranici, prilikom kopiranja materijala u cijelosti ili djelomično, potrebna je poveznica na izvorni izvor.

Reč "elektron" na grčkom znači "jantar".

Tales iz Mileta (600. pne.) primijetio je da će ćilibar, ako se snažno trlja o tkaninu, početi privlačiti lagane predmete. Dugo se vjerovalo da samo ćilibar ima ovo svojstvo. Međutim, ista stvar se dešava sa predmetima od plastike i ostalog sintetički materijali. Ovu pojavu možete lako uočiti češljem i kosom: nakon češljanja, češalj počinje privlačiti kosu (a sama počešljana kosa, imajte na umu, počinje se međusobno odbijati).

Opisani fenomeni su zasnovani na fenomenu struja . Sastoji se u interakciji mikroskopskih čestica s nabojem - pozitivnim ili negativnim. Čestice s istim nabojem se odbijaju, a čestice suprotnog naboja privlače. Elektroni- ovo su najmanji elementarne čestice imaju električni naboj. Ime elektroni dao je Englez J. J. Stoney. On je predložio da se na ovaj način nazove nedjeljiva čestica naboja.

Kao što već znate, sve tvari se sastoje od atoma - mikroskopskih čestica. Svaki atom se pak sastoji od jezgra i ljuske. Jezgro se formira od protona i neutrona, ali se ljuska sastoji od elektrona, pa se stoga naziva elektronski oblak.

Ne samo da elektroni imaju električni naboj, već i protoni (neutroni su električno neutralni, kao što im ime govori). U atomu se elektroni privlače u jezgro jer ono ima pozitivan naboj zbog naboja protona, dok elektroni imaju negativan naboj. Ali, uprkos ovim svojstvima, elektroni se ne spajaju u potpunosti s jezgrom, budući da su unutra stalno kretanje. A sam atom je potpuno električno neutralan, jer je u atomu broj protona jednak broju elektrona.

U metalima, neki elektroni nisu vezani za atome i mogu se slobodno kretati. Usmjereno kretanje ovih elektrona uzrokuje fenomen bez kojeg teško možemo zamisliti svoj život - struja. Zato se metali zovu provodnici : oni mogu ponašanje struja. Supstance koje ne mogu provesti struju nazivaju se izolatori , ili dielektrika .

Vratimo se na početak naše priče i odgovorimo na pitanje: zašto je ćilibar naelektrisan? Prije svega, imajte na umu da se samo izolatori mogu naelektrizirati trenjem. Kada se dva tijela trljaju jedno o drugo, neki elektroni prelaze s jednog tijela na drugo. Kao rezultat toga, tijela dobijaju suprotna naelektrisanja. Samo izolatori mogu biti naelektrisani trenjem, jer samo u tim telima elektroni koji se kreću od jednog tela do drugog ostaju tamo gde su završili. Počinju se slobodno kretati u provodnicima.

Kao što ste vjerovatno već pretpostavili, ukupan naboj para tijela koja su trljala jedno o drugo jednak je nuli, odnosno takvo plutanje električno neutralan.

Jantar se vrlo lako naelektrizira trenjem, baš kao ebonit, staklo ili mačje krzno.

Ovo pitanje je kao kupus, otvorite ga i otvorite, ali "temeljna" stabljika je još daleko. Iako se pitanje očito tiče upravo ove stabljike, ipak morate pokušati savladati sav kupus.

Na najpovršniji pogled, priroda struje izgleda jednostavno: struja je kada se nabijene čestice kreću. (Ako se čestica ne kreće, onda nema struje, postoji samo električno polje.) Pokušavajući da shvate prirodu struje, a ne znajući od čega se struja sastoji, izabrali su pravac za struju koji odgovara smeru kretanja pozitivnih čestica. Kasnije se ispostavilo da se nerazlučiva struja, potpuno istog efekta, dobija kada se negativne čestice kreću u suprotnom smjeru. Ova simetrija je izvanredna karakteristika prirode struje.

U zavisnosti od toga gde se čestice kreću, priroda struje je takođe različita. Sam trenutni materijal je drugačiji:

• Metali imaju slobodne elektrone;
• U metalnim i keramičkim supravodičima postoje i elektroni;
• U tečnostima - joni koji nastaju kada hemijske reakcije ili kada su izloženi primijenjenom električnom polju;
• U gasovima opet postoje joni, kao i elektroni;
• Ali u poluvodičima, elektroni nisu slobodni i mogu se kretati u "štafetnoj trci". One. Ne može se kretati elektron, već mjesto gdje ga nema – „rupa“. Ova vrsta provodljivosti naziva se provodljivost rupa. Na spojevima različitih poluvodiča, priroda takve struje dovodi do efekata koji omogućavaju svu našu radio elektroniku.

Struja ima dvije mjere: jačinu struje i gustinu struje. Više je razlika nego sličnosti između struje naboja i struje, na primjer, vode u crijevu. Ali takav pogled na struju je prilično produktivan za razumijevanje prirode potonjeg. Struja u vodiču je vektorsko polje brzina čestica (ako su čestice istog naboja). Ali ove detalje obično ne uzimamo u obzir kada opisujemo struju. Mi u prosjeku ovu struju.

Ako uzmemo samo jednu česticu (prirodno nabijenu i pokretnu), onda struja jednaka proizvodu naboja i trenutne brzine u određenom trenutku postoji točno tamo gdje se ta čestica nalazi. Sjetite se kako je to bilo u pjesmi dueta Ivasi “Vrijeme je za pivo”: “...ako je klima teška, a astral neprijateljski, ako je voz otišao i sve šine su POUZETI... ” :)

I sada dolazimo do one stabljike koju smo spomenuli na početku. Zašto čestica ima naboj (s kretanjem se čini da je sve jasno, ali šta je naelektrisanje)? Većina fundamentalne čestice(sada sigurno:) naizgled nedjeljivi) elektroni koji nose naboj, pozitroni (antielektroni) i kvarkovi. Nemoguće je izvući i proučavati pojedinačni kvark zbog zatvorenosti elektrona, čini se lakšim, ali to još nije sasvim jasno. On ovog trenutka jasno je da je struja kvantizovana: ne primećuju se naelektrisanja koja su manja od naelektrisanja elektrona (kvarkovi se primećuju samo u obliku hadrona sa ukupnim naelektrisanjem istim ili nula). Električno polje odvojeno od nabijene čestice može postojati samo u sprezi sa magnetsko polje, Kako elektromagnetni talas, čiji je kvant foton. Možda neka tumačenja prirode električni naboj lezi u sferi kvantna fizika. Na primjer, Higgsovo polje koje je ona predvidjela i otkriveno relativno nedavno (ako postoji bozon, postoji polje) objašnjava masu određenog broja čestica, a masa je mjera za to kako čestica reagira na gravitacijsko polje. Možda će se s nabojem, kao mjerom odgovora na električno polje, otkriti neka slična priča. Zašto postoji masa i zašto se naplaćuje, donekle su povezana pitanja.

Mnogo se zna o prirodi električne struje, ali ono najvažnije još nije poznato.

Odakle dolaze elektroni kada električni generator proizvodi električnu energiju? Je li ovo iz zraka? Hoće li generator raditi u vakuumu? Elektroni imaju masu, pa odakle ih izvaditi ako nema ničega?

KDN

Da. Elektroni koji su odgovorni za struje iz generatora su slobodni elektroni u samim žicama; sva čvrsta materija je delimično napravljena od elektrona, tako da ako imate generator, imate mnogo elektrona.

Odgovori

Anna v

Moguće je dobiti elektrone (negativne naboje) i pozitivne ione u statičkom elektricitetu. Ovo jasno pokazuje da neutralni atomi nisu nedjeljivi. Trenje može pružiti silu za izdvajanje elektrona i ostavljanje jona s pozitivnim nabojem, kao što se često dešava kada hodate po tepisima.

Faradejev disk, prvi električni generator. Potkovičasti magnet (A) stvorio je magnetsko polje kroz disk (D). Kada je disk okrenut, to je uzrokovalo da električna struja teče radijalno prema van od centra prema obodu. Struja je tekla kroz kontakt klizne opruge m, kroz vanjsko kolo i natrag u centar diska kroz os.

to su elektroni u metalima koji se pokreću magnetnim silama u dizajnu, opet razdvajajući naboje na kretanje elektrona i pozitivne ione. Metali imaju vrlo labavo vezane elektrone, koji zajedno pripadaju Fermijevom moru i mogu generirati struju električnog generatora.

Dakle, odgovor je: atomi opskrbljuju elektrone iz svojih vanjskih elektronskih omotača. Atomi u generatoru opskrbljuju elektrone, i da, radit će u vakuumu.

Lahiru Perera

Baš kao što vaša pumpa za vodu ne proizvodi vodu, električni generator ne stvara elektrone, on jednostavno pomiče elektrone s jednog mjesta na drugo.

Manishearth ♦

Trenutno vaš odgovor nije od velike pomoći i mnogo je manji od prethodnih odgovora. Možda biste ovo mogli razjasniti?

Jerry Schirmer

Provodljivi materijal je materijal kroz koji elektroni mogu slobodno teći.

Napon je razlika u električnoj potencijalnoj energiji po jedinici naboja - ako imam izvor od 10V i dam +1C naboja koji teče od pozitivnog terminala do negativnog terminala, prenijet ću 10J energije na to punjenje. Električni generator stvara razliku potencijala između dva terminala (obično ili istosmjerni ili izmjenični napon). U običnom kućanskih aparata ovaj napon je povezan sa žicom, a elektroni u provodnoj žici su ono na šta se prenose potencijalna energija u bateriji.