Question:
L'électricité est-elle vraiment le flux d'électrons ou est-elle plus impliquée?
spiderman0297
2020-06-22 04:52:35 UTC
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Je suis nouveau dans la catégorie physique du site Stack Exchange. Je m'excuse si ma question est erronée, trop large, simple ou mal formulée. J'essaie simplement de comprendre ce qui est vrai et faux en ce qui concerne l'électricité et son vaste monde. Je veux avoir les bonnes ressources pour apprendre, cependant, j'ai rencontré beaucoup de choses qui disent que l'électricité est le flux d'électrons; et puis il y a des gens qui contredisent cette affirmation.

Par exemple, ce type a dit:

"Tout d'abord, nous devons réaliser que" l'électricité "n'existe pas. Il n'y a pas seule chose appelée «électricité». Nous devons accepter le fait que, tout en plusieurs choses différentes existent à l'intérieur des fils, les gens appellent à tort tous par un seul nom. "

J'ai regardé un peu plus de ses informations sur son site Web, voici quelques liens:

http://amasci.com/miscon/whatis.html

http://amasci.com/amateur/elecdir.html

http://amasci.com/miscon/eleca.html

Je ne demande à personne de tout lire, si quelqu'un pouvait simplement le parcourir brièvement - quelques phrases ou quelque chose du genre, pour me faire savoir si ces articles correspondent à la vérité et aux faits de l'électricité - alors j'aimerais vraiment pour étudier les articles et apprendre

Salut spiderman0297 et bienvenue sur Physics Stack Exchange!J'ai supprimé un certain nombre de commentaires qui tentaient de répondre à la question et / ou des réponses.Commentateurs, veuillez garder à l'esprit que les commentaires doivent être utilisés pour suggérer des améliorations et demander des éclaircissements sur la question, pas pour y répondre.
Huit réponses:
Guy Inchbald
2020-06-22 09:48:54 UTC
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L'idée que l'électricité "n'existe pas" n'est que de la sophistique verbale dans le même sens que "la matière n'existe pas, c'est de l'énergie gelée" ou "vous n'existez pas, vous êtes le fruit de votre propre imagination". Au mieux, ce ne sont que des façons trop dramatiques et trompeuses de dire que ce que ces choses sont réellement n'est pas ce que vous pensez probablement qu'elles sont. Au pire, des excentriques malavisés créent des définitions «de paille» de mots aussi connus pour qu'ils puissent les brûler et les surpasser avec leurs propres notions intenables.

Ce dernier, malheureusement, est ce qui se passe avec les pages vers lesquelles vous créez un lien. Bien que fondamentalement sonore à un niveau expérimental et phénoménologique (et cela doit être clairement reconnu), il plaide pour ses propres définitions farfelues des mots.

Le gars prétend que la définition scientifique "ne signifie qu'une chose: les quantités d'électricité sont mesurées en coulombs". En fait, c'est la charge électrique qui se mesure en coulombs, et non "l'électricité" en soi ; sa réclamation est un exemple classique de donner une définition de paille afin qu'il puisse la démystifier.

Il conclut: "Parce qu'il y a * deux * choses qui circulent, nous ne pouvons pas les appeler toutes les deux par le nom" électricité "." C'est un pédantisme excentrique typique; bien sûr on peut. On peut simplement dire que le phénomène de l'électricité comprend des charges électriques et des champs électriques. Et nous le faisons.

Par exemple, "l'électricité statique" est une accumulation de charge, qui crée un champ électrique capable de faire tenir vos cheveux ou de faire adhérer des molécules de colle. L'électricité que l'on trouve dans le câblage domestique a trois propriétés principales; son débit est mesuré en charges (d'électrons) par seconde ou Ampères, sa «pression» en Volts et la puissance (flux d'énergie) transportée par les électrons chargés en Joules par seconde ou Watts. Ce sont tous des aspects de l'électricité. Il y en a beaucoup d'autres.

Tous les sophismes du monde ne changeront pas ces faits, seulement ce que nous choisissons d'appeler de telles choses.

J'ai supprimé un certain nombre de commentaires et / ou réponses inappropriés ou obsolètes.
> ses propres définitions farfelues ". Au contraire, ces définitions énumérées proviennent de manuels et de références, et sont largement utilisées (vérifiez votre collection personnelle de manuels scolaires de la maternelle à la 12e année, de livres et d'articles sur la science pop, etc.pour trouver de nombreuses instances.)
The Photon
2020-06-22 09:08:48 UTC
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L'électricité n'est pas un terme bien défini en physique.C'est un terme profane qui signifie quelque chose comme ce que les physiciens appellent phénomènes électriques .Cependant, il est également utilisé (comme le dit votre premier lien) pour de nombreux phénomènes spécifiques pour lesquels les physiciens ont des termes plus spécifiques:

  • Courant électrique

  • Potentiel électrostatique

  • Champ électrique

  • Énergie électrique

  • etc.

Donc, si vous parlez à votre cousin, vous pouvez lui dire "il n'y a pas d'électricité" ou autre chose.Mais lorsque vous parlez de physique, vous vous exprimerez plus clairement si vous utilisez les termes spécifiques pour l'aspect spécifique de l'électricité dont vous souhaitez discuter.

Je suis d'accord avec cette réponse car je partage le même avis - je décrirais l'électricité comme un terme collectif.Je pense que cette réponse est la plus correcte.
ou le "son" n'existe pas: ce ne sont que des vibrations de l'air, des vibrations solides, même des signaux électriques oscillants, des impulsions nerveuses biologiques, ...
Oui, «l'électricité» est une classe de phénomènes, semblable à «l'optique» ou «la météo».Pourtant, de nombreux textes enseignent que «l'électricité est une forme d'énergie».Et les unités SI MKS précisent que la «quantité d'électricité» doit être mesurée en coulombs.Nous avons donc immédiatement un problème.La physique dit-elle que «l'électricité» est le joules?Ou est-ce les coulombs?(D'un autre côté, si les manuels commençaient à dire que «l'optique est une forme d'énergie», ne trompent-ils pas leurs élèves? L'optique est une matière, une classe de phénomènes. Par cet exemple, l'électricité NE PEUT PAS être une forme deénergie.)
rob
2020-06-22 05:54:31 UTC
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Le courant électrique est le flux des charges .

Dans la plupart des métaux, les électrons sont le porteur de charge majoritaire, mais ce n'est pas le cas pour tous les matériaux. Par exemple, dans l'eau pure, il n'y a pas d'électrons libres et les porteurs de charge sont H $ ^ + $ et OH ions $ ^ - $ . Il n'y a pas beaucoup d'ions dans l'eau pure, c'est donc un mauvais conducteur. Mais dissolvez du sel de table et vous introduisez les ions Na $ ^ + $ et Cl $ ^ - $ et améliorez la conductivité beaucoup. Un chimiste pourrait vous dire quel est le transporteur majoritaire, ainsi qu'un tas d'autres choses qui se passent.

Dans certains matériaux, en particulier les semi-conducteurs de type p, la description la plus parcimonieuse du porteur de charge majoritaire est qu'il s'agit de «trous» chargés positivement dans l'océan d'électrons remplissant le cristal. Que ces quasi-particules soient "réelles" dans le sens où les électrons sont réels est l'une de ces questions qui devient de plus en plus glissante à mesure que vous y réfléchissez.

Vous accédez au site amasci.com de Bill Beaty. Plus j'en apprends sur l'électromagnétisme, plus le style et le contenu de Beaty m'impressionnent. Je dis que vous continuez à lire.

Aussi par moi: [Rappelez-vous que l'histoire que nous racontons aux enfants sur les courants électriques - que l'énergie dans les circuits électriques est transportée par des charges électriques en mouvement - est quelque part entre une simplification excessive et une fiction.] (Https: //physics.stackexchange.com / a / 301027/44126)
La question de savoir si les électrons se déplacent ou non lorsque le courant circule dans un semi-conducteur de type p est indépendante du fait que vous considérez ou non les «trous» comme de véritables «particules».
@SolomonSlow Les électrons se déplacent également dans un électrolyte où les porteurs de charge majoritaires sont des anions plutôt que des cations.Penser la conduction des trous en termes de mouvement d'électrons, c'est comme penser à une bulle d'air montante en termes de chute d'eau.C'est techniquement correct, mais cela rend certaines caractéristiques importantes de la dynamique plus difficiles à prévoir qu'elles ne devraient l'être.
@rob, En physique, et dans de nombreux autres domaines d'étude, nous pouvons comprendre un phénomène à différents niveaux d'abstraction, parfois à plusieurs niveaux.La clé pour comprendre une chose particulière est souvent de déterminer le meilleur niveau pour l'expliquer.Mais cela ne rend pas les autres niveaux moins réels.Dans l'explication la plus satisfaisante des jonctions semi-conductrices PN, il n'y a pas d'électrons dans le matériau de type P - seulement des trous.Mais, si nous voulons comprendre ce que sont réellement les «trous», nous devons passer à une explication de niveau inférieur, dans laquelle nous parlons de la façon dont les électrons se déplacent à travers le réseau cristallin.
@SolomonSlow Je suis d'accord qu'il existe de nombreux niveaux d'abstraction avec des avantages différents.A un niveau encore plus bas, "un électron" n'est pas une chose que l'on peut saisir mais une excitation d'un champ qui obéit à certaines symétries.Dans les semi-conducteurs de type p, les excitations localisables de faible énergie de ce même champ * ont une charge positive.Vous pourriez apprécier * A Different Universe * de Laughlin, qui a remporté un prix Nobel pour avoir pris les quasiparticules au sérieux;les conséquences de l'application de cette approche de la matière condensée en dehors de la matière condensée sont trop importantes pour s'insérer dans un commentaire, et trop éloignées pour être modifiées dans cette réponse.
Merci pour cette explication.Cela a beaucoup de sens!Je me suis toujours demandé pourquoi les conducteurs ne se détérioraient pas si les électrons se jetaient constamment sur un fil.
Noah J. Standerson
2020-06-22 09:46:43 UTC
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L'électricité a été inventée par William Gilbert dans son livre De Magnete (1600s). L'étymologie du mot est la suivante.

Le nouvel adjectif latin electricus, signifiant à l'origine «d'ambre», a été utilisé pour la première fois pour désigner les propriétés attrayantes de l'ambre par William Gilbert dans son texte de 1600 De Magnete. Le terme est venu du latin classique electrum, amber, du grec ἤλεκτρον (elektron), amber. L'origine du mot grec est inconnue, mais il y a des spéculations selon lesquelles il pourrait provenir d'un mot phénicien elēkrŏn, qui signifie «lumière brillante».

Le mot électrique a été utilisé pour la première fois par Francis Bacon pour décrire des matériaux comme l'ambre qui attiraient d'autres objets .

Un "Electrick" ou "Electrick body" était un non-conducteur, ou un objet capable d'attirer des "corps légers" (comme des morceaux de papier) lorsqu'il était excité par frottement; un morceau d'ambre est "un Electrick", alors qu'un morceau de fer ne l'est pas. "L'électricité", alors, était simplement la propriété de se comporter comme un électrique, de la même manière que "l'élasticité" est la propriété de se comporter comme un élastique

Source: https://en.m.wikipedia.org/wiki/Etymology_of_electricity

L'électricité en physique est largement divisée en électricité actuelle et électricité statique.

Je dirais que l'électricité est le terme qui définit si les électrons d'un système se déplacent d'un point à un autre (courant électrique) ou s'accumulent simplement en un point particulier (électricité statique)

L'étymologie n'a pas de sens.Le sens du mot pour Francis Bacon est à peine pertinent par rapport à l'utilisation et à la signification du mot aujourd'hui.
@aschepler, oui.C'est pourquoi vous devriez lire le dernier paragraphe
Un "flux d'électricité" ... est-il mesuré en ampères, ou en watts?(Est-ce que l'électricité est une forme d'énergie? Si c'est le cas, l'électricité qui circule est de joules par seconde, PAS de coulombs par seconde.)Peut-être que les centaines de textes décrivant le "flux d'électricité" comme un mouvement de coulombs ... sont faux?Faraday a tort?Il en va de même pour Maxwell, ainsi que pour Einstein, Thompson, etc., etc. Il en va de même pour les normes SI, MKS qui définit spécifiquement la «quantité d'électricité» à mesurer en coulombs.
@NoahJ.Standerson Si vous trouvez cela fascinant, consultez peut-être l'article de Faraday de 1839 "Identities of Electricities ..." où il montre que l'électricité statique ou "commune" est la même chose que l'électricité de batterie, c'est la même chose que la bioélectricité.Faraday conclut qu'il n'existe qu'une seule «électricité», mais qu'il peut y avoir de grandes variations dans les valeurs des ampères et des coulombs exposés.Donc, l'électricité «statique» est en réalité juste une haute tension à faible ou zéro courant, tandis que «l'électricité actuelle» est le contraire, ayant un courant élevé avec une tension et une charge faibles.http://amasci.com/miscon/maxwell.html#farad
@wbeaty, Merci pour les liens.Je vais le parcourir dès que possible
zhutchens1
2020-06-22 05:30:29 UTC
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Malheureusement, je n'ai pas eu accès à ces liens (?), mais je dirais que l'électricité est un terme large qui englobe les concepts liés à la façon dont les électrons interagissent avec la matière, en particulier en ce qui concerne la façon dont cela peut être utilisé pour le rayonnement et Puissance. «Électricité» n'est pas un mot que vous utilisez rigoureusement dans des conférences ou des textes scientifiques - encore une fois, c'est un terme large, et les quantités scientifiquement significatives qui y sont incluses ont des termes spécifiques tels que «tension» ou «résistance».

Je pense que peu de physiciens diraient que "l'électricité est le flux d'électrons". J'appellerais courant le flux d'électrons, il est défini comme le changement de charge par unité de temps (par exemple, dans un fil): $$ I = \ frac {dq} {dt}. $$ Les courants sont entraînés par des champs électriques qui créent des gradients d'énergie / potentiel / tension - les électrons ressentent la force du champ et leur énergie change lorsqu'ils se déplacent dans le champ. Les champs électriques sont générés à la fois par mes charges comme les électrons ainsi que par des champs magnétiques qui changent dans le temps (comme à partir d'un solénoïde ou d'une bobine). Ainsi, l'étude de «l'électricité» est étroitement liée à l'étude du magnétisme.

Je recommande vivement ces textes d'introduction:

  1. Knight, R. Physique pour les scientifiques & Engineers: A Strategic Approach with Modern Physics , 2003.
  2. Chabay, R. & Sherwood, B. Matter & Interactions, Volume II: Electric and Magnetic Interactions , 2015. qui fournira un aperçu conceptuel et introductif de l'électricité et du magnétisme en utilisant l'algèbre et quelques calculs.

Pour le lecteur avancé, le texte omniprésent est Introduction à l'électrodynamique de David Griffith, qui propose une approche profondément sophistiquée et mathématique de la théorie de l'électromagnétisme, y compris l'électrostatique, la dynamique et le rayonnement.

Les courants dans les fils sont des flux d'électrons.Dans les plasmas ou les électrolytes, ils pourraient être le flux d'ions chargés positivement.Dans les semi-conducteurs, ils peuvent être le flux d'électrons-trous.
my2cts
2020-06-22 17:52:53 UTC
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L'électricité est ce que les consommateurs appellent le produit fourni par les fournisseurs d'énergie et qui fait fonctionner leurs appareils électroménagers.À ne pas confondre avec le gaz ou le pétrole.

Les physiciens parlent d'électrodynamique, d'électromagnétisme et d'électronique.

cuevobat
2020-06-23 07:59:41 UTC
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Ingénieur électricien ici.

Merci pour une question qui m'est si chère et si importante pour notre compréhension de l'univers.

Une fois que vous avez dépassé la sémantique, qui est couverte dans d'autres questions, il semble que le cœur de votre question soit ce qui se passe lorsque le courant coule et est-ce plus que la simple analogie de l'eau qui coule?

La majeure partie de cette compréhension est couverte dans les lois que Faraday a déduites et pour lesquelles Maxwell a créé les formules. Les équations de Maxwell sont difficiles même pour moi, je n'utilise généralement pas non plus de tels principes; mais si vous voulez passer du temps à apprendre le calcul et les tenseurs, vous pouvez vous aussi vous familiariser avec ces principes de base.

Je recommande de regarder un exemple réel, comme le flux d'électrons à travers un fil de cuivre. Un fil de cuivre est constitué d'un réseau (une sorte de cristal) d'ions cuivre. Parce qu'il manque des atomes pour compléter sa coquille, il y a des électrons libres qui se déplacent à travers ce réseau comme un gaz. Vous remarquerez si vous examinez les tableaux sur les conducteurs que certains métaux qui sont de bons conducteurs électriques conduisent également bien la chaleur pour la même raison - la chaleur est aussi une vibration d'électrons et dépend des électrons libres pour transmettre facilement la chaleur. Il existe bien sûr des exceptions, comme la pâte thermoconductrice. [https://www.thoughtco.com/examples-of-conductors-and-insulators-608318]

Normalement, les électrons libres se déplacent au hasard dans le métal; mais lorsque vous le soumettez à un potentiel électrique, les électrons se déplacent de manière plus organisée du potentiel négatif au potentiel positif. Les électrons ont une charge négative. Ils sont attirés par l'extrémité positive de la batterie. Les électrons libres se déplacent à travers le cuivre, passant de la borne négative à la borne positive de la batterie

Notez qu'ils circulent dans la direction opposée au courant conventionnel; c'est parce qu'ils ont une charge négative. La plupart des circuits électriques utilisent un courant circulant du positif au négatif, appelé flux de trou, ce n'est qu'un contre-exemple car traditionnellement, on pensait que le courant passait du positif au négatif. Je mentionne cela parce que beaucoup de pages Web et de manuels diront que les flux actuels vont du positif au négatif; c'est vrai; si vous, au lieu de regarder le mouvement des électrons, vous regardez le mouvement des trous que les électrons laissent.

Utiliser le mot courant électrique revient simplement à dire qu'une charge électrique se déplace à travers les fils en raison de l'action du potentiel, disons une batterie sur le fil. Le courant est la vitesse à laquelle la charge passe au-delà d'un point sur un circuit. Le courant dans un circuit peut être déterminé si la quantité de charge Q traversant une section transversale d'un fil en un temps t peut être mesurée. Le courant est simplement le rapport entre la quantité de charge et le temps. Courant = I = Q / t où I est le courant en ampères, Q est la charge et t est le temps. Q, la charge est mesurée en coulomb. 1 ampère = 1 coulomb / 1 seconde. C'est un tas d'électrons, disons 1 columb passe une tache sur le fil de cuivre en 1 seconde, alors vous avez un ampère de courant.

Le chemin d'un électron typique à travers un fil pourrait être décrit comme un chemin en zigzag plutôt chaotique caractérisé par des collisions avec des atomes fixes. Chaque collision entraîne un changement de direction de l'électron. En raison des collisions avec des atomes dans le réseau solide du conducteur métallique, il y a deux pas en arrière tous les trois pas en avant. L'effet global des innombrables collisions est que la vitesse de dérive globale d'un électron dans un circuit est anormalement basse. Une vitesse de dérive typique peut être de 1 mètre par heure, avec un potentiel appliqué!

Lorsque vous appliquez un potentiel électrique aux deux extrémités du circuit, l'électron continue de migrer vers l'avant. Des progrès sont toujours faits vers la borne positive. il existe de très nombreux porteurs de charge se déplaçant à la fois sur toute la longueur du circuit. Le courant est la vitesse à laquelle la charge traverse un point sur un circuit. Un courant élevé est le résultat de plusieurs coulombs de charge traversant une section transversale d'un fil sur un circuit. Si la charge est densément emballée dans le fil, il n'est pas nécessaire qu'il y ait une vitesse élevée pour avoir un courant élevé. Au lieu de cela, il doit y en avoir beaucoup qui passent par la section transversale.

Vous pourriez penser que pour cette raison le courant électrique est lent, mais comme vous le savez, il est rapide, très rapide. En fait, il voyage presque à la vitesse de la lumière, et cela est prouvé par les équations de Maxwell, oui, la nature de ce que vous demandez est décrite par ses quatre équations.

Lorsque vous actionnez un interrupteur, il provoque une réponse immédiate dans toutes les parties du circuit, mettant des porteurs de charge partout en mouvement dans la même direction du réseau. Alors que le mouvement réel des porteurs de charge se produit avec une vitesse lente, le signal qui les informe de commencer à se déplacer. Les électrons qui allument une ampoule n'ont pas à se déplacer d'abord de l'interrupteur sur toute la longueur du fil jusqu'au filament. Au contraire, les électrons qui allument l'ampoule immédiatement après l'activation de l'interrupteur sont les électrons présents dans le filament lui-même. Lorsque les électrons quittent le filament, de nouveaux électrons y pénètrent. Les électrons se déplacent ensemble comme l'eau dans les tuyaux lorsque le tuyau est déjà plein d'eau. L'eau qui sort en premier du robinet est l'eau qui était près de la buse.

Maintenant, vous demandez est-ce plus que cela?Eh bien oui, ça l'est.L'électromagnétisme ne peut être séparé, l'électricité est le magnétisme et le magnétisme est l'électricité.Tout ce qui existe, tout ce avec quoi vous interagissez, tout ce que vous voyez, toutes les ondes radio, les rayons X, l'énergie des étoiles lointaines, ce sont toutes les ondes électromagnétiques et elles sont régies par les observations et les équations de Faraday et Maxwell, respectivement.Ce que vous demandez touche à la question très fondamentale de la matière, de l'énergie et de l'existence.Je dirais que votre simple question n’est pas du tout simple, elle touche au cœur des forces fondamentales de la nature.

Vous avez reproduit l'intégralité du texte de votre réponse pour autant que je puisse le voir.Vous pourriez peut-être le vérifier et supprimer ce qui n'est pas nécessaire.
Il y a aussi des erreurs ici.Pour ne prendre qu'un exemple, * "Souvenez-vous que j'ai dit que les bons conducteurs électriques sont de bons conducteurs de chaleur. C'est pourquoi les fils chauffent lorsqu'ils transportent beaucoup de courant." * N'est pas vrai;les meilleurs conducteurs tels que le cuivre ou l'argent chauffent moins que les conducteurs plus pauvres tels que le fer ou le carbone.
RE: Guy Inchbald, je peux voir le malentendu.Laissez-moi essayer de clarifier les choses, ici et au-dessus.Ce que j'ai dit est vrai - en général;mais pas toujours un matériau qui transporte bien l'électricité, transporte aussi bien la chaleur, c'est parce qu'ils dépendent tous d'électrons libres.Ce dont vous parlez, c'est de la résistivité.C'est la résistivité qui rend les fils chauds.Je vois comment je l'ai rendu déroutant et je vais essayer de le modifier pour le rendre plus compréhensible.
Dmitry Grigoryev
2020-06-25 01:54:50 UTC
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L'article que vous citez est apparemment écrit pour exprimer un désaccord avec l'utilisation large du terme «électricité», qui est certes très large et vague.«L'électricité n'existe pas» ne signifie pas que l'auteur nie l'existence des phénomènes physiques sous-jacents, cela signifie simplement que dans presque tous les cas un terme plus précis devrait être utilisé, de sorte que très peu de choses (voire rien du tout) pourraient êtrelégitimement appelé "électricité".

Par exemple, la plupart des appareils électriques utilisent également activement le champ magnétique, ils devraient donc être techniquement appelés "électromagnétiques".

Si votre objectif est de comprendre la physique de l'électricité (ou de l'électromagnétisme), vous avez clairement choisi le mauvais matériel de lecture.Vous devriez trouver un livre expliquant les concepts de base, pas un article sur la terminologie.

L'optique n'existe pas!Quoi?Supposons que tous les manuels nous enseignent que «l'optique sort des lampes de poche; le soleil émet des rayons constitués d'optiques».Alors Bill Beaty objecterait bruyamment, disant que "l'optique" n'est ni une forme d'énergie ni une "substance" qui coule le long ... et que cette "optique" n'existe même pas!(D'un autre côté, la lumière et les photons existent certainement, tout comme les ondes EM.) Alors, est-ce que les dynamos crachent de l'électricité?Et dans les câbles CA, est-ce que l'électricité oscille d'avant en arrière?Nan.Il n'y a pas une telle électricité.Au lieu de cela, «l'électricité», comme l'optique, n'est qu'un domaine de la science et une classe de phénomènes.


Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 4.0 sous laquelle il est distribué.
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