Matematické Fórum

↑ Meglun:
Ano, tak nějak si to můžeš představit.
Atomy kovu vytváří krystalickou mřížku a mezi nimi "plují" volné elektrony. Pokud není vodič v elektrickém poli, elektrony se pohybují chaoticky, trochu jako molekuly běžného plynu.
Když přiložíme elektrické pole, na elektrony začne působit síla a začnou zrychlovat, k chaotickému pohybu se přidá usměrněná složka. Jenže zrychlující elektrony čas od času narazí na atomy mřížky, předají jim část své kinetické energie. Tím jednak zpomalí (a znovu se začnou rozjíždět) a druhak kinetická energie atomů mřížky se zvýší. Atomy jsou vázané v mřížce, takže nikam "neuletí" a rozkmitají se (teda více než před nárazem) A toto rozkmitání my pozorujeme jako zvýšení teploty vodiče.

Někdo mé vysvětlení určitě doplní.

zdenek1 napsal(a):

↑ Meglun:
Někdo mé vysvětlení určitě doplní.

V podstatě skoro není co...

Základem je asi mít správnou představu o tom, co je to vlastně to TEPLO a TEPLOTA. Že to je míra NÁHODNÉHO pohybu těch částic, co nám tvoří vodič (nebo třeba plyn). Důležité je, že jde o zcela náhodný pohyb, narozdíl od upořádaného pohybu, jako když se celé těleso pohybuje, nebo protéká proud vodičem.

A uspořádaný pohyb (čehokoliv) má vždycky větší nebo menší tendenci se měnit na ten náhodný.  Zatímco opačný proces nenastává - náhodný pohyb částic se (téměř) nikdy nezmění na ten uspořádaný.

Pokud elektronům ve vodiči vnutíš (aspoň z části) uspořádaný pohyb, bude mít stále tendenci se díky srážkám s ostatními elektrony a atomy krystalové mříže, měnit na ten náhodný - což znamená na teplo.

Ono je trochu zrada v tom, že ty elektrony se při běžných teplotách pohybují náhodným pohybem o rychlosti v řádu km/s, a ten uspořádaný pohyb, co vytváří měřitelný proud, je jen nějakých pár mm/s.


Pokud bychom chtěli matematicky popsat, jak se ty elektrony přesně chovají, tak musíme bohužel použít kvantovou mechaniku. No a tady nastává problém - proč se vlastně ty elektrony srážejí. Protože v jednoduchém případě, a pravidelné krystalové mřížce, by se vůbec srážet neměly. A já přesně nevím, jaké je vysvětlení toho, že ke srážkám mezi elektrony a krystalovou mříží vůbec dochází.

Jedno z vysvětlení, co jsem našel je, že za to může právě tepelný pohyb těch atomů krystalové mřížky.
No a druhé (to jsem nenašel nikde, takže je to bez záruky) je to, že elektrony jsou FERMIONY, a ty mají takovou vlastnost, že se jich do stejného kvantového stavu nemůže umístit více než jeden. Takže mají ve vodiči ke svému pohybu tak nějak "málo místa".

Protože kdyby vedení proudu zajišťovaly BOSONY (částice, kterých se může do jednoho kvantového stavu "vejít" neomezené množství), tak procházejí vodičem bez odporu. To lze i zrealizovat - u některých látek dochází totiž k tomu, že za nízkých teplot začnou elektrony tvořit takové páry, a ty se chovají právě jako BOSONY. A ty opravdu procházejí vodičem téměř bez odporu (v ideálním případě úplně bez odporu). Celý jev je známý jako SUPRAVODIVOST.


S odporem souvisí ještě jedna né zas tak úplně běžně známá věc - totiž že každý odpor je (musí být) zdrojem tzv. šumového napětí. Náhodný tepelný pohyb elektronů nám na odporu vytváří napětí, které je samozřejmě také náhodné, ale jeho efektivní hodnotu lze spočítat (i změřit) a je rovná



To Bs je šířka pásma, ve kterém šum měříme.

Neplatí to ovšem jen o rezistorech, jakýkoliv proces, při kterém nám vzniká teplo (kde se nám mění "uspořádaná" energie na tu "rozptýlenou") nám zase zpátky generuje tuhle šumovou energii.