電圧が印加されると、実際に電子は流れますか？

本では、回路は閉じた経路であるため、電子はソースに戻ると言われています。その場合、回路に地絡があるとどうなりますか？電子はどのようにソースに戻りますか？

電子は実際に原子から移動するのでしょうか、それとも電圧を印加すると振動してエネルギーをそのまま伝達するのでしょうか？

電子が動き回るという観点で電流を考えることは、電気がどのように機能するかについての貧弱なメンタルモデルへの道の始まりです。ここにいくつか間違っていることがあります：

• 電子は、多くの電荷キャリアの1つにすぎません。どんなイオンも電荷キャリアです。

• 電子のバランスをとる陽子も同様に重要です。電子だけがあれば、宇宙のすべての電子は互いに反発し、宇宙に飛び出します。

• 電子は負の電荷を持っているため、負から正への流れを考えると、正当な理由もなく混乱します。実際には問題ではありません。

• 実際、電子は常にすべてのランダムな方向に常に群がっており、電流に起因するそれらの動きは非常にわずかです。

重要なことはこれです：電荷キャリア（電子はそのようなものの1つ）を使用して起電力（通常は単に電圧と呼ばれます）を送信できます。これは本当に普通の概念です。ロッドの一端を押して、ロッドの他端に機械的な力を伝達できます。ロッドはいつ動きますか？まあ、多分、しかし、ここで起こっている2つのことがあります：

1. その材料の音速で伝播する波として、力はロッドを介して伝達されます
2. 動力も伝達する場合に限り、ロッドはほとんどの場合非常に遅い速度で移動します

違いはロッドでは明らかですが、電荷が見えないため、違いは明らかではありません。

それで、あなたの質問は：電圧が印加されたときに実際に電子が流れるのか？厳密に言えば、答えは多分であり、flowの意味に依存します。質問に似ていますが、ロープを引っ張るとロープが動きますか？まあ、それが風船に取り付けられている場合、それは大きく動くかもしれません。レンガの壁に取り付けられている場合、まったく動かない可能性があります。

電荷キャリア（電子のような）の動きは電流です。電流がある場合、電荷キャリアの正味の動きがあります。たとえ実際の流れがなくても、個々の水分子がパイプ内で群がっているのと同じように、本当にそれらはあちこちに群がっています。電流は平均的な動きを表します。DC電流の場合、平均的な動きは円の中にあります。

これを達成するために個々の電荷キャリアがどのように相互作用するかは複雑であり、それは実際には電子工学の問題ではなく、物理的な問題です。ただし、フィールドに関するこのMITチュートリアルを確認することをお勧めします。

電圧が印加されると、電子は非常にゆっくりと物理的に動きます。

100VDCで通電され、直径2mmの銅線を介して1Aの負荷（電球など）に電力を供給する回路では、次の速度で電子が移動します。

$\dfrac{I}{Q \cdot e \cdot R^2 \cdot \pi}$

どこ

• $8.5 \times 10^{22}$
• Rはワイヤの半径です
• $1.6 \times 10^{-19}$

これは8.4 cm / hourになります。正確ではありません。

重要なのは、電子そのものではなく、ほぼ瞬時に回路を走り抜けるのはエネルギーであるという事実です。（電子は、エネルギーがすばやく流れるように便利な「高速道路」を作ります。）

電圧の下での電子の遅いドリフトが、実際に回路で機能するエネルギーの流れと同じ名前になったのは残念です。

便利な抽象化と物理的現実を混同しないでください

• 「回路」は、世界についてのより良い理由付けを支援するために設計された抽象的な概念です。
• 電子は物理的な存在です。

「閉じた」パスに関するメモ

閉路回路は、電子がソースに戻ることを意味しません。さらに、ソースを離れる電子は非常にまれにしかありません同じそのソースの他方の極への復帰（速度説明のため@ madmangurumanの回答を参照してください）電子。

機械的アナロジー

それは落ちるドミノのようなものです。エネルギー波は落下するドミノを伝播しますが、ドミノはあまり変換しません。

エネルギーは、電子の電荷とそれに加えられる力（電圧）の積であることに注意してください。それは（圧倒的に）電荷（電子）ではなく、金属格子を移動する力です。

この写真のように：

力はボールを横切って移動しますが、ボールはほぼ所定の位置に留まります。重力によってバランスがとられ、ガルバニックセル（バッテリー）からの金属ワイヤに電子があるメカニカルボールとは異なり、反対側への電子の全体的なドリフト（交通渋滞中の車のような）があります。

参考文献

同様の物理学の質問に私が与えたこの答えを考慮してもよいでしょう。

ここで金属について話している。通常、金属のオブジェクトは分子で構成されていません。それはすべて一緒にグループ化された金属原子で構成されています。これは次の図に示されています。

赤い丸は電子です。ご覧のとおり、電子がどの原子に「属している」かを実際に言うことはできません。これらの電子は原子間の接続を形成するため、2つの原子に属します。

さて、電流が流れ始めると、これらの電子は実際に動きます。電流が流れると、エネルギーが伝達されます。原子は簡単に移動できないため、電子は移動する必要があります。

これは電流の単位アンペアでも確認できます。1アンペアは1クーロン/秒に相当します。クーロン（C）は電荷の単位（Q）です。1アンペアは、1クーロンの電荷が1秒で特定のポイントを通過することを意味します。この電荷は、オブジェクト1からオブジェクト2に実際に流れる電子によって生成されます。

DC電流（たとえば、通常のバッテリー駆動アプリケーション）について話しているとき、これらの電子はソースに戻りません。この回路を考えてみましょう：

最初は、負極と正極の間に電荷の差があります。負極には余分な電子があります。これにより力（電圧）が発生し、2つの極（ワイヤと電球）の間にリンクがあるため、電子が流れ始めます。電子は、陰極から電球を通って陽極に移動し、電荷に差がなくなるまで（または、電流が流れない程度になります）。

あなたは今、これらの電子がなかったことを見ることができない彼らの元に戻ります。彼らは、負極で開始し、プラス極で終了します。

電流がバッテリーで始まりバッテリーで終わるという円があるため、これを閉じたパスと呼びます。バッテリーは実際には2つのオブジェクト（正極と負極）で存在するため、混乱が生じます。

この回路を見てください（基本的には同じですが、バッテリーの代わりにコンデンサーを使用し、電球の代わりに抵抗器を使用しています）。

電流は、コンデンサの右側（負に帯電、電子が過剰）から抵抗を通り、コンデンサの左側（正に帯電、電子が不足）に流れます。ここでは、コンデンサプレートが分離されているため、実際には閉じたパスではないことが簡単にわかります。

電流はコンデンサで始まり、コンデンサで終わるので、単に閉じたパスと呼びます。

電子は実際にその基底に戻る必要はないので、電子も地球に流れ込むことができることを理解できます。これは、雷でも起こります。電荷の差を中和するためだけに、電子は雲から地球に流れます（または、その逆の方向、私は知りません）。