Dlaczego elektrony nie podążają krótszą ścieżką w cewkach?

43

Poniżej znajduje się cewka miedziana, prawdopodobnie tworząca elektromagnes. Z mojego zrozumienia elektrony przemieszczają się wokół cewki, wytwarzając pole magnetyczne. Ale dlaczego elektrony nie przeskakują drutów i nie podążają najkrótszą drogą?

Poniżej próbowałem narysować ścieżkę, która miałaby sens (dla mnie) dla elektronów:

current electromagnetism coil electricity Ruan
źródło
61
Drut jest pokryty warstwą izolacyjną.
chamod
1
Czy takie cewki są zawsze izolowane? Nawet te naprawdę małe druty tworzące cewkę?
Ruan
10
@Ruan Zwłaszcza ten tak zwany „drut magnetyczny”.
DKNguyen
6
@Ruan Powiedziałbym, że zawsze są izolowane, ponieważ kiedy wkładamy cewkę do systemu, chcemy, aby prąd przepływał przez nią, a nie skrót. Waham się tylko z „zawsze”, ponieważ może być jakaś super-egzotyczna sytuacja, w której chciałbyś tego krótkiego. Być może jest czas, w którym chcesz mieć solidny pierścień miedzi połączony z czymś, ale ze względu na niektóre właściwości mechaniczne chcesz zrobić to z drutu, a nie z jednego kawałka. Nie mogę wymyślić żadnych takich przypadków, ale inżynierowie elektrycy to sprytna grupa!
Cort Ammon
5
Cewki @Ruan mogą być wykonane z gołego drutu, ale muszą mieć luźne zwoje (nie dotykające się) i nie mogą wytrzymywać wysokich napięć. Nie ma wielu sytuacji komercyjnych, w których jest to przydatne, ale możesz to zobaczyć w projekcie hobby.
hobbs

Odpowiedzi:

100

Ten rodzaj drutu, używany do wytwarzania cewek, jest powszechnie nazywany „drutem magnetycznym”. https://en.wikipedia.org/wiki/Magnet_wire

Wygląda jak czysta miedź, ale w rzeczywistości jest pokryta bardzo cienką warstwą przezroczystej izolacji. W przeciwnym razie masz absolutną rację - jeśli drut byłby naprawdę goły, cewka nie działałaby, ponieważ prąd mógłby przecinać prosto z jednego przewodu na drugi.

Glenn Willen
źródło
4
To ma sens, z jakiegoś powodu nie mogłem znaleźć odpowiedzi online, dzięki
Ruan
10
Uzwojenia są układane ostrożnie, szczególnie na urządzeniach wysokiego napięcia, aby sąsiednie warstwy nie miały dużych różnic potencjałów. Zmniejsza to obciążenie warstw izolacyjnych, więc nie ma znaczenia, czy są cienkie, czy też ulegają uszkodzeniu.
rolinger
14
A jeśli kiedykolwiek pomyliłeś się, myśląc, że to tylko czysty drut, szybko zauważysz, że nie możesz go przylutować, ponieważ izolacja pali się, a następnie przeszkadza, zapobiegając przyleganiu. Podczas lutowania takiego drutu zwykle trzeba chemicznie usunąć końcówkę, aby nie była najpierw izolowana.
Cort Ammon
2
A przypadkowe uszkodzenie izolacji (lub pękanie spowodowane przez ciepło lub środowisko korozyjne albo nadmierny ruch indukcyjny cewki lub ...) powoduje zwarcia, w których prąd ulega skróceniu po drodze, co powoduje, że magnes jest mniej skuteczny.
dmckee
2
@CortAmmon W zależności od grubości można usunąć izolację z końca, po prostu zanurzając ją w stopionym lutu (na czubku lutownicy) na kilka sekund. Zobaczysz, jak pali się, a lakier wypala
slebetman
1

Czasami wybierają najkrótszą drogę, kiedy nie powinni. Jak powiedzieli inni, przewody są zwykle izolowane. Jeśli jednak prąd płynący w magnesie zostanie nagle przerwany (powiedzmy) przez obwód otwarty, napięcie będzie rosło, aż elektrony „wyjdą” - albo przez iskrzenie przez szczelinę powietrzną, albo przez przebicie izolacji.

Dirk Bruere
źródło
Pomyśl o wodzie w swoich rurach. Woda płynie w rurach, dopóki ciśnienie nie jest zbyt duże. Ale pod wystarczająco wysokim ciśnieniem woda wypływa i ostatecznie płynie do najniższego dostępnego punktu. Może się to zdarzyć, jeśli do cewki indukcyjnej zostanie nagle przyłożone bardzo wysokie napięcie. Oczywiście induktor może ulec awarii w inny sposób: zbyt długi prąd zbyt długo spowoduje nagrzewanie, które niszczy izolację, a ty będziesz mieć problem z paleniem ...
richard1941