علت ازبین نرفتن الکترون‌ها در یک مدار بسته

[Hossein ganji]

چرا در جریان بار الکتریکی در یک مدار بسته و تبدیل آن به یک انرژی مثل نور، الکترون‌ها تمام نمی‌شود؟ یا از بین نمی‌رود؟
چرا در تبدیل الکترون‌ها به انرژی نورانی، الکترون‌ها از بین نمی‌روند؟

[u46300]

فرض کنید پنکه‌ای می‌چرخد و صدایی تولید می‌شود. آیا پنکه تمام می‌شود؟

[rohamavation]

اصل بقای بار در مدار الکتریکی نقض نمیشه بار خالص یک سیستم ایزوله همیشه ثابت میمونه
بزار اینطور بگم منظور شماآیا قانون اتصال کیرشهوف نقض بقای بار نیست
به عنوان یک مبتدی در الکترودینامیک کلاسیک، شما در درک قانون اتصال کیرشهوف کاملاً گیج هستید یا ممکن است دلیل این باشد که قانون بقای بار را اشتباه متوجه شدین.
من قانون بقای بار را به صورت زیر فهمیدم:
بار خالص یک سیستم ایزوله همیشه ثابت می ماند.
با سیستم ایزوله من فکر می کنم که سیستمی است که در آن ما نمی توانیم هیچ شارژی را از آن خارج کنیم و همچنین نمی توانیم هیچ شارژی به آن اضافه کنیم.
اکنون با در نظر گرفتن قانون اتصال کیرشهوف، اتصال سیم ها را در J تصور کنید
که بخشی از یک مدار الکتریکی است. هنگامی که سوئیچ باز است، هیچ جریانی از J عبور نمی کند
به عنوان سیستم من کتای فیزیک 2 مهندسی ام به من اینطور میرسونه که قانون اتصال فقط شکل دیگری از قانون بقای بار است که اتصال را به عنوان سیستم می گیرد. هنگامی که کلید بسته است، جریان از آن عبور می کند و زمانی که قانون بقای بار را در J اعمال می کنیم
سپس به قانون اتصال می رسیم.
حال سوال من این است که چگونه می توانیم قانون بقای بار را در J اعمال کنیم
زیرا جیj سیستم ایزوله نیست؟
من فکر نمی کنم که این یک سیستم ایزوله باشد، زیرا وقتی سوئیچ روشن است، نمی توانیم با استفاده از قانون بقای بار معادله را بنویسیم. بنابراین من فکر می کنم که قانون اتصال کیرشهوف قانون بقای بار را نقض می کند!
شما یک تمایز مهم بین بقای بار محلی و بقای بار جهانی را از دست داده‌اید. بیانیه ای که شما ارائه کرده اید، یک کپسوله سازی صحیح از نسخه جهانی اصل است، اما الکترومغناطیس نیز تابع پایستگی محلی بار الکتریکی است. بقای محلی می تواند برای هر حجم دلخواه، خواه مجزا باشد یا نه، برقرار باشد، و می گوید که برای تغییر بار کل در حجم، باید جریانی از بار به داخل یا خارج از آن حجم وجود داشته باشد.
همانطور که به درستی اشاره کردید، قانون اتصال کیرشهوف از بقای بار الکتریکی جهانی ناشی نمی شود، که اگر بار الکتریکی بتواند فوراً از یک قسمت مدار به قسمت دیگر منتقل شود، کاملاً دست نخورده خواهد بود. در عوض، این بیانی از نسخه محلی است، یعنی این اصل را در بر می گیرد که برای رسیدن از A به B، بار الکتریکی در واقع باید در مسیری حرکت کند که این دو را به هم می پیوندد.
در نهایت، به نظر می رسد که شما در اینجا به شدت از کلمه "تخلف" سوء استفاده می کنید. تفاوتی بین "الف از B حاصل نمی شود" و "الف در تضاد مستقیم با B است" وجود دارد: این واقعیت که B به معنای A نیست به این معنی نیست که آنها ناسازگار هستند. این واقعیت که قانون اتصال کیرشهوف از بقای بار جهانی ناشی نمی شود به این معنی نیست که نشان دهنده نقض آن است. (به طور مشابه، قانون اتصال کیرشهوف را نمی توان از تغییر ناپذیری نسبیتی استخراج کرد - اما این بدان معنا نیست که نقض قانون دوم است!)
بقای بار به عنوان یک مورد خاص از معادله تداوم بهتر درک می شود:
$\frac{\partial Q_{system}}{\partial t} = \dot{Q}_{incoming} - \dot{Q}_{outgoing}$اگر $Q_{incoming}=Q_{outgoing}=0$این فرمول به قانون مکالمه تبدیل می شود
(یعنی سیستم ایزوله شده است)
$\frac{\partial Q_{system}}{\partial t} = 0.$برای اینکه دانش‌آموزانی را که تازه با این مفاهیم آشنا شده‌اند اشتباه نگیرند، مواد سطح مقدماتی معادله تداوم را نام نمی‌برند، بلکه در مورد نتایج آن به عنوان قوانین مکالمه صحبت می‌کنند. بنابراین، در این مثال، j
در واقع یک سیستم منزوی نیست. اما همچنان باید از معادله تداوم تبعیت کند.
از آنجایی که هیچ عنصری قادر به ذخیره بار (یعنی یک عنصر خازنی) در J وجود ندارد
،$Q_{system}=0,\ \therefore\ \frac{\partial Q_{system}}{\partial t} = 0.$
از این جا، با جایگزینی معادله اصلی، قانون اتصال کیرشهوف را دریافت می کنیم:
$I_{incoming}=I_{outgoing}$(از آنجایی که $\dot{Q} = \frac{dQ}{dt}=I$
)تصور شما مبنی بر اینکه این اتصال ایزوله نیست درست است، اما این سیستم نمی تواند پایستگی بار را نقض کند زیرا در وهله اول ایزوله نیست.محل اتصال یک سیستم منزوی نیست. به یک مدار متصل است. استاد شما ممکن است در انتخاب کلمات کمی شلخته باشد، اگر آنها به صورت ایزوله بیان می کردند. اگر فرض کنیم هیچ باری در محل اتصال جمع نمی شود، آن چیزی که وارد می شود باید بیرون بیاید. پایستگی بار $\text{div}(\vec J) = -\frac{\partial \rho}{\partial t}$ است
. ما فرض می کنیم که r.h.s = 0 در صورت عدم وجود شواهدی بر خلاف آن، بنابراین l.h.s = 0 گیج نشی در ریاضیات، LHS مختصر غیر رسمی سمت چپ معادله است. به طور مشابه، RHS سمت راست است. دو طرف ارزش یکسانی دارند که به طور متفاوت بیان می شود، زیرا برابری متقارن است. و این قانون اتصال است. محل اتصال هنوز یک "سیستم" است، این فقط یک سیستم است که با بقیه مدار در تعامل است. نکته این است که ایده آل سازی طبیعت است.
قوانین بقا فقط برای سیستم های ایزوله اعمال می شود. قوانین دیگری برای سیستم های کلی (منفرد یا غیر منزوی) وجود دارد که می توان از آنها استنباط کرد.
مدارها الکترون ایجاد نمی کنند، از بین نمی برند، مصرف نمی کنند یا از دست نمی دهند. آنها فقط الکترون ها را به صورت دایره ای به اطراف حمل می کنند. به همین دلیل، سیستم‌های الکتریکی مدار واقعاً نمی‌توانند الکترون‌هایشان را تمام کنند. انرژی تحویل شده از طریق مدار حاصل الکترون های موجود در مدار نیست.در یک سیستم ایزوله، بار الکتریکی حفظ می شود. این بدان معناست که کل بار الکتریکی درون سیستم در طول زمان ثابت می ماند. مجموع جبری تمام بارهای موجود در سیستم ثابت می ماند.ما می توانیم آن را اینگونه تعریف کنیم: پایستگی بار این اصل است که بار الکتریکی کل در یک سیستم ایزوله هرگز تغییر نمی کند. مقدار خالص بار الکتریکی، مقدار بار مثبت منهای مقدار بار منفی در جهان، همیشه حفظ می شود. "توانایی انجام کار" ما تمام شده است. این نوعی انرژی است که ممکن است تمام شود. با این حال، در علم ما انواع زیادی انرژی داریم که مجموع آنها ثابت است و بنابراین هرگز تمام نمی شود. الکترون ها هیچ تمایلی به انجام کار ندارند، بنابراین فقط نوع دوم اعمال می شود و بنابراین تمام نمی شود.
پس کلی بهت بگم از آنجا که بارها همیشه حفظ می شوند، مقدار باری که به یک اتصال می ریزد باید خارج شود، یعنی هیچ باری نباید در محل اتصال ذخیره شود. از این رو قانون اتصال کیرشهوف نتیجه قانون بقای بار الکتریکیه.قانون فعلی Kirchhoff (قانون اول) بیان می کند که جریانی که به یک گره (یا یک اتصال) می گذرد باید با جریانی که از آن خارج می شود برابر باشد. این نتیجه حفظ بار است.