Okazuje się, że nigdy dość wyjaśnień!
Niby to wszyscy korzystają z energii elektrycznej, a ze zrozumieniem zjawisk elektrycznych znacznie gorzej!
Oto cytat:
„Nie wyjaśnia w jaki sposób przenoszona jest energia, bo choć elektrony płyną raz w te a raz wefte, to przecież energia płynie tylko w jedną stronę: od źródła do odbiornika. Jest więcej niewiadomych niż wiadomych i co ciekawe:
nikogo nie interesuje wyjaśnienie tej zagadki...”
Można tylko westchnąć - "Chryste, znaczy cierpliwości..." (Znaczy Kapitan...).
Przede wszystkim – jeśli już „elektrony latają w te i we wte” to robią to w przewodniku metalicznym niezależnie od tego, czy płynie w nim prąd – czy też nie. Latają sobie w każdym kawałku metalu! Nawet w temperaturze zera bezwzględnego.
Zazwyczaj nie wylatują na zewnątrz, bo ich maksymalna energia (poziom Fermiego) jest niższa niż praca wyjścia. Ale jeśli naprawdę mocno podgrzejemy metal, to zaobserwujemy ich emisję (efekt termoelektryczny). To właśnie ten efekt był kiedyś podstawą elektroniki (lampy elektronowe) i oglądania TV (kineskopy).
W przypadku prądu elektrycznego na chaotyczny ruch cieplny nakłada się ruch uporządkowany. Jeśli prąd jest zmienny – będą to drgania. I to drgania o niewielkiej amplitudzie.
Jak więc jest z tą energią? Czy rzeczywiście płynie zawsze „od źródła do odbiornika”? Kiedy i w jaki sposób możemy odebrać z tego częściowo uporządkowanego ruchu nośników?
Na początku doświadczenie z bateryjką – zwieramy jej bieguny i co się stanie? Prąd oczywiście płynie i bateryjka się zaczyna grzać! Gdzie więc wydzieliła się energia? W źródle!
Można powtórzyć to doświadczenie z rowerowym dynamem (wytwarza prąd zmienny). Jeśli zaciski dynama są rozwarte – można nim kręcić bez oporu. Zwieramy zaciski – przy kręceniu odczuwamy opór. Im szybciej usiłujemy kręcić tym odczuwamy większy opór! Jeśli będziemy kręcić szybko i długo – dynamo się rozgrzeje i w końcu może się spalić! Gdzie więc wydzieliła się energia – w źródle! Skąd się wzięła? Oczywiście, z pracy, którą wykonujemy kręcąc dynamem. Jeśli do dynama podłączymy żaróweczkę i będziemy nim kręcić zaróweczka zaświeci kosztem wykonywanej przez nas pracy (opór będzi nieco mniejszy niż w przypadku zwartego dynama).
Aby pobrać energię z „płynącego” prądu elektrycznego muszą być spełnione pewne warunki. Albo przepływający prąd musi z czymś oddziaływać albo musi być wypromieniowywana fala elektromagnetyczna. Ten drugi przypadek zachodzi zawsze, jeśli prąd jest zmienny, bo drgające ładunki poruszają się ruchem przyspieszonym.
Drugim sposobem jest oddziaływanie nośników z atomami (jonami) przewodnika. Jeśli nośniki prądu są w stanie przekazać im część swojej energii to przewodnik zacznie się grzać (żarówka świeci).
Nie lubię tej analogii, bo często prowadzi do błędnych wniosków, ale aby odebrać część energii z płynącej wody potrzebne jest oddziaływanie z nią! Czyli koło młyńskie, turbina (Kaplana, Peltona czy jakaś inna). Przepływająca woda oddaje część swojej energii i koło lub turbina się kręcą ku naszemu pożytkowi. Nie ma turbiny – woda płynie, a energii z niej nie pobieramy!
W przewodnikach nośniki oddziaływują z drganiami sieci krystalicznej. Im więcej tych drgań – tym większy opór napotykają nośniki i więcej energii muszą oddać. Dlatego opór metali rośnie wraz z temperaturą. Większa temperatura → więcej drgań → większy opór...
Wydaje się to proste i oczywiste – a jednak ciągle jak widać budzi kontrowersje. Prąd przepływa w przewodach i sieciach obok nas – tak jak woda w rzekach. Pod pewnymi warunkami możemy pobrać z tego przepływu część energii – ale musimy w tym celu spełnić podstawowy warunek – musimy z nim oddziaływać!
