Hur rör sig elektronerna i en elektrisk ström?

Jag är så trött på alla dåliga beskrivningar av hur en ström rör sig mellan en generator och jord. I alla fysikböcker, elböcker etc på gymasienivåer beskrivs strömmen som ett rakt flöde av elektroner från ett ställe till ett annat, som vatten som rör sig i ett rör, men så kan det ju inte vara.

En växelströmsgenerator över en last kopplad till jord skulle ju isåfall växelvis "suga" elektroner från generatorn respektive jorden, och isåfall växelvis delvis göra joner av respektive.

Och det kan ju inte vara så att generatorn joniseras under ena halvperioden, för att under den andra bilda atomer igen av elektroner som strömmar tillbaka? Inte för att jag provat, men ställer man ner en växelströmsgenerator på 1/2 hz tror jag inte man ser den delvis bli joner en sekund, för att nästa långsamt återgå till metallform under nästa sekund

Hur fungerar det? Skrifter i ämnet efterfrågas!

Vaddå så kan det ju inte vara? Varför inte då? En ström uppstår ju av en spänning, d.v.s en skillnad i laddning mellan två punkter. De negativt laddade elektronerna strävar ju efter att komma till den positivt laddade punkten. Elektronerna rör ju sig alltså från minus till plus, alltså EMOT det som man kallar strömriktningen i kretsen. Elektronströmmen är alltså motsatt strömriktningen.

Men vad ska elektronerna komma ifrån? Dom kan inte komma från tomma intet.

Under den positiva halvperioden på en generator innebär detta att metallen i generatorn isåfall måste lämna ifrån sig mängder av elektroner, som går genom en last, ner i jorden. Det hade inte krävts många varv innan generatorn är uppsopad från golvet som en påse joner.

Jag har hört att elektronerna rör sig växelvis fram och tillbaka i ledningen, att det inte är som en ström, utan mer som personerna när man leker "hela havet stormar" om någon minns, elektronerna hoppar runt och byter plats hej vilt.

Min fysiklärare berättade att det finns något som heter Biot-savarts teorem som beskriver hur detta går till i närmare detalj men jag har ej kunnat hitta detta.

Jag vet inte exakt hur en växelströmsgenerator fungerar, men en vanlig likströmskälla, t. ex. ett batteri är ju just två poler där den negativa är ett överflöd av eletroner och den positiva ett underskott av elektroner. Så fort man kopplar en last mellan polerna så kommer elektronerna börja vandra genom lasten från minus till plus för att jämna ut laddningen mellan polerna. Detta är ju en ganska enkel förklaring. Jag misstänker att du är ute efter något på en högre nivå. Jag har aldrig hört talas om det du nämnde, jag är ändå utbildad elektroingenjör. Det var dock ett tag sen jag grävde ner huvudet i ellära-böckerna.

Elektronerna i en ledare som frambär en ström rör sig ytterligt sakta, något i stil med 5-10 cm per timme grovt taget ur minnet.

Elektronerna i en växelströmsledning rör sig knappt något. De vibrerar bara på sin plats.

Någon som har koll på vilken energi en sådan elektron kan tänkas ha?

Tänk dig att du har en koppartråd.

Tråden är gjord av kopparatomer som sitter i en metallstruktur. Koppar har nummer 29 i det periodiska systemet, så det finns 29 elektroner per atom. Den 29:e elektronen sitter i en egen orbital, så den är inte så hårt bunden till atomen utan kan lätt röra sig i metallstrukturen. Dessa kallas fria elektroner.

Normalt sett studsar de fria elektronerna omkring helt slumpmässigt, och i ganska hög hastighet. Den genomsnittliga hastigheten är emellertid noll, eftersom elektronernas förflyttningar tar ut varandra. Om man däremot lägger på en likspänning så kommer elektronerna att, i genomsnitt, röra sig långsamt mot pluspolen. Varje enskild elektron rör sig fortfarande snabbt och kaotiskt, men sannolikheten är lite högre för att den ska röra sig mot plus, och detta räcker för att det ska uppstå en nettoström eller driftström av elektroner.

Den genomsnittliga drifthastigheten för elektronerna är liten, kanske några millimeter per minut. Ändå kan man överföra avsevärd energi genom elektrisk ström. Hur kommer det sig?

Matematiken går ihop därför att elektronerna är så förbannat många. Det finns (med reservation för räknefel) 8,47*10^22 fria elektroner per kubikcentimeter och dessa har en sammanlagd laddning på 13573 C, vilket är ett helt enormt tal. Två punktladdningar på 1 C, placerade en meter ifrån varandra, skulle repellera varandra med en kraft motsvarande 900 000 tons vikt. Detta händer dock inte i vår ledare eftersom det finns precis lika många protoner för att balansera laddningarna. Protonerna rör sig dock inte eftersom de sitter fast i atomkärnorna.

Hmm, den här posten blev lite lång och kanske förvirrad. Några frågor så långt?

Definitionen av spänning är ju energi per laddning (enhet volt = newton per coulomb). En elektron som färdas över 1 V utför arbetet e*1V = 1eV där e är elementarladdninge 1.6*10^-19 C, så 1.6*10^-19 J per elektron.

Vilken kurs lär man sig detta?
Inte Gymnasiet iaf!

Man kan räkna ut det själv, man kan läsa det på högskolan eller så googlar man...

Nej, det här är i huvudsak teoretisk elektroteknik från högskolan. På gymnasiet är det lite mer förenklat.

Här är en kille som tycker förenklingarna är helt fel och går på ett enmanskorståg för att rätta till dem. Mycket underhållande läsning: http://www.eskimo.com/~billb/miscon/elect.html