Hogyan alakul ki a töltésszétválasztás? Azt értem, hogy az elektronok elhagyják az atomot ezáltal az atom pozitív töltésű lesz, de mi lesz az elvándorolt elektronokkal?

Kicsit kesze-kusza kép alakult ki benned, de nézzük sorrendben:

A fémekben / vezetőkben vannak szabadon mozgó elektronok, ezek rendezetlen hőmozgást végeznek. Vagyis az átlagsebességük, mint vektor 0. Szóval mégis mozognak a töltések, de rendezetlenül, ezért nem beszélünk áramról.

Ha van egy vezető rudad, és a két végére csatlakoztatsz egy elektromotoros erőt biztosító feszültségforrást / telepet, akkor a vezető belsejében térerősség alakul ki. Ez a térerősség az elektronokat a térerősség vektorral ellentétes irányban elkezdi gyorsítani -azért ellentétes irányba, mert a térerősség definíció szerint a pozitív töltésre hat olyan erővel hogy a ható erő és a térerősség vektor egyirányú, negatív töltésre ez pont ellentétes-.

Most az elektronok elkezdtek gyorsulni a megfelelő irányba, de nyilván a végtelenségig nem gyorsulhatnak kell hogy legyen valami fékező erő, igaz? Ezt a fémvezető ionrácsai szolgáltatják, az elektronok beleütköznek -minél nagyobb sebességgel haladnak annál nagyobb valószínűséggel- a teljes mozgási energiájukat átadják a rácsnak, vagyis 0 lesz a sebességük. Majd a térerősség miatt újra elkezdenek gyorsulni a korábbi irányban. (( Mivel az ionrácsok átvették a beléjük ütköződő elektronok mozgási energiáit, viszont rögzítve vannak rezgést fognak végezni. Vagyis a fém felmelegszik, ez az oka annak hogy elektromosság hatására a vezető felmelegszik ))

Ha kiátlagoljuk az elektronok mozgását, ami összetevődik a hőmozgásból és a térerősség okozta gyorsításból + az ioncsárcsok fékező hatásából, akkor a hőmozgásból származó átlagsebesség még mindig 0, viszont a térerősség + az ionrács fékező hatására kialakuló elektronok átlagsebessége állandó ((mivel olyan sokan vannak nem érzünk ingadozást)). Ezt a sebességet nevezzük driftsebességnek.

Ez már viszont töltéssel rendelkező részecskék rendezett mozgása, vagyis áram.

Azért ennek pontos megértéséhez feltehetően több fizikai ismeretre van szükség, és at nem itt lehet megszerezni.

Nincsenek álló (lebegő) elektronok. Egyesek atomokhoz kötődnek, mások valami oknál fogva egy adott pillanatban éppen száguldanak. Aztán nekiütköznek egy atomnak, ekkor több dolog történhet attól függően, milyen atomnak ütköztek, milyen szögben és milyen sebességgel. A lényeg, hogy a következők történhetnek: az atom befogadja az elektront, de még gy sincs neki "elegendő", tehát marad pozitív töltésű (azt most hagyjuk, korábban hogy vesztette el az elektronjait). Másik eset, hogy ezzel éppen egy semleges atom keletkezik. Harmadik, hogy a nagy energia miatt ugyan "ottragadt" az elektron, de fölöslegesen. Ekkor ideiglenesen ott negatív töltés lesz, de az az állapot nem stabil, előbb utóbb történni fog ott valami. Például az, hogy egy másik elektron távozik, vagy szétesik kisebb részekre, de ez már bonyolult.

Ettől egy lényegesen különböző eset az elektromos vezetés. Ez speciális anyagokban (vezetőkben, például rézben) lehetséges. A lényege, hogy az anyag egy pontján valami elektromos erő keletkezik (például dörzsölik és leszednek belőle elektront, rákapcsolnak egy generátort, feszültségforrást, vagy valami más egyéb). A vezetők olyan speciális anyagok, hogy atomjaikban az elektronok aránylag könnyen vándorolnak, és az erő (feszültségkülönbség) hatására elindulnak egy irányba. Ha a pótlás folyamatos, akkor egyik helyen valahonnan (ez ismét bonyolult) mennek be az elektronok, a máik helyen (a fogyasztónál) meg mennek ki és lesz belőlük munka (például ég a villany, melegít a hősugárzó, forog a motor). Ez a közönséges villanyvezetés. Az anyagtól függő szabályok vonatkoznak rá, mint például az Ohm törvény (azonos feszültségnél az ellenállás [tehát az elektron mozgási lehetősége] fordítottan arányos az árammal [tehát, hogy egy ponton mennyi elektron halad át egy időben]). Ez ugye egyszerű, ha az elektronokat jobban akadályozzák, kevesebb bír átmenni egy ponton egyszerre.

De itt az a nehézség, hogy úgy képzeled, mint egy bolygó mozgását a nap körül. Első menetben az jó, de ha ilyesmiket akarsz megérteni, akkor már kevés. Az elektronok nem azonosíthatók be egyenként, mint például a föld, vagy a Mars. És pályáiknak fontos tulajdonságaik vannak, továbbá az elektronoknak állandóan nekimegy valami (részecske), ezért ők hol az egyik pályán vannak, hol a másikon, esetleg éppen kilökődnek, mert valami ennyire "meglökte" őket. Ezekre a jelenségekre nagyon bonyolult szabályok vonatkoznak, a megértésükhöz sok mindent meg kell előbb tanulni. De ez nem azt jelenti, hogy ne foglalkozz vele. Csak tudd, hogy nehéz.

Amit én írtam az egy klasszikus modell, de nem mindent tud magyarázni nem is feltétlenül kell tudni elképzelni -én még sehol se láttam erre próbálkozást-.

Pl.: írtam hogy vezetőkre kapcsolt feszültség és emiatt létrejövő áram végett nő a hőmérsékletük, de ez nem minden anyagnál van így (pl félvezetők) és ezt a klasszikus modell (elektrongázas-modell) nem tudja indokolni. Ehhez már kvantumfizika kell és az ott lévő energiasáv-modell.

Ezt most elég sok időbe telne leírni és nekem holnap vizsgám lesz, szóval majd máskor leírom. De erről még nekem se sokat meséltek, pedig már másfél éve az egyetemen vagyok.