Поток электронов в проводе

Электричество - это «поток электронов». Мой ребенок спросил меня, если это так, то в конечном итоге медный провод должен исчезнуть / исчезнуть / закончить, потому что материя перемещается из одного места в другое. Я не инженер-электрик, что мне сказать ему?

В металле, подобном меди, некоторые электроны не связаны с отдельными атомами. Если на медную проволоку подается напряжение, эти свободные электроны переходят от одного атома к другому. Этот поток электронов является электрическим током, но сами атомы меди не двигаются, поэтому медный провод не исчезает. Конечно, источник напряжения должен подавать дополнительные электроны для продолжения потока.

В качестве аналогии рассмотрим водопад - электрический ток подобен падающим молекулам воды, а молекулы воды падают под действием силы тяжести (что аналогично напряжению). Водопад должен быть снабжен большим количеством молекул воды, чтобы водопад продолжал существовать, но русло реки, по которому протекают молекулы воды (аналогично атомам меди), не движется и не исчезает.

Чтобы добавить еще 2 цента и более упрощенное понимание, я часто нахожу, что проще представить поток тока через провод в виде мраморной трубки (маленькие стеклянные шарики, если это не очень хорошо переводится).

В проводе уже есть электроны, поэтому наша трубка полна мрамора. Подавая напряжение (электродвижущую силу ), вы можете протолкнуть новый мрамор. Когда вы это сделаете, мрамор выскочит. Возьмите тот, который выскочил, и протолкните его на другом конце. В реальном контуре у него нет концов, чтобы толкать электроны внутрь и наружу, но он течет по всему кругу (поэтому наша трубка будет соединена вместе на обоих концах).

В электронике мы не создаем и не разрушаем, не добавляем и не удаляем электроны * - они уже есть. Все, что мы делаем, это подталкиваем их. Также важно понимать, что это не один электрон, который нужно толкать, а поток. Вы толкаете один конец, а другой конец движется. Толкание электронов на одном конце не означает, что на другом конце толкают те же электроны, точно так же, как толкание шариков приводит к выходу другого.

По мере того, как вы углубляетесь все дальше и дальше вниз, вы можете начать ценить дыры, носители и электроны, прыгающие вверх и вниз по уровням энергии; но это упрощенные термины, только представьте, что вы помещаете шарики в трубу.

* Да, есть, вероятно, исключения, но они не актуальны.

Самый простой ответ, который вы можете дать, состоит в том, что для каждого электрона, который выходит из одного конца провода, другой электрон «проталкивается» на другом конце провода. Поэтому, даже при наличии «потока» электронов, проволока не теряет никаких электронов (без потерь)!