Когда я щелкаю выключателем, свет загорается почти мгновенно. Но как быстро на самом деле движется электричество в проводе? Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно заглянуть в самую суть материи, которая состоит из мельчайших единиц — атомов. У атомов есть две основные характеристики: масса и электрический заряд, который может быть положительным, отрицательным или нейтральным. Каждый атом состоит из трех типов частиц: положительных протонов, нейтральных нейтронов и отрицательных электронов.
Что такое электрический ток?
Электрический ток — это движение электрического заряда. В проводах вашего дома электричество представляет собой поток движущихся электронов. Протоны и нейтроны в атомах меди остаются на месте, а сами электроны перемещаются. Однако, скорость, с которой отдельные электроны движутся через провод, довольно мала. Например, в медном проводе сечением 12 калибра, который проводит ток в 10 ампер (что обычно для домашней проводки), электроны движутся примерно со скоростью 0,02 см в секунду или около 0,5 дюйма в минуту. Это называется «скоростью дрейфа» электронов. Если бы это было единственное, что мы имели, нам бы пришлось очень долго ждать, чтобы включить свет.
Почему свет загорается мгновенно?
Атомы невероятно малы — их диаметр меньше одной миллиардной метра. Провода полны атомов и свободных электронов, которые перемещаются между этими атомами. В каждом медном проводе миллиарды электронов проходят мимо любой точки провода каждую секунду, но делают они это медленно. Представьте себе провод как трубу, заполненную шариками. Если мы вставим один шарик в заполненную трубу, то другой шарик должен выйти с другой стороны. Электроны в проводе действуют аналогично. Когда один электрон начинает двигаться, все остальные тоже должны двигаться.
Как это работает?
Когда вы переключаете выключатель, создается электрический потенциал, который вызывает силу, стремящуюся переместить электроны. Даже если провод длинный, одно движение электрона инициирует перемещение всех остальных. Таким образом, когда вы включаете свет, электроны начинают двигаться «мгновенно» для нас. Хотя на самом деле они перемещаются медленно, мы можем сказать, что скорость электричества близка к скорости света, потому что эффекты от электричества происходят практически мгновенно. Вам не нужно ждать, пока электроны достигнут лампочки — они начинают свое движение сразу же после включения.
В итоге, загорание света — это результат мгновенного воздействия электрического поля, а не скорости движения самих электронов. Это открытие помогает лучше понять, как работает электричество в нашей повседневной жизни.
