Przepływ prądu - skąd wie która droga najkrótsza?

Witam.
Zadaję pytanie do ludzi, którzy mają pojęcie o fizyce i o świecie i proszę o wytłumaczenie.
Bo jest tak, że prąd zawsze płynie najkrótszą drogą. I dobra jak jest ta droga np. metalowy drucik i sobie
ten prąd płynie, te elektrony i dopływają do rozgałęzienia dróg. I teraz jedna jest krótsza a druga droga dłuższa.
No i prąd wybiera sobie, że popłynie tą krótsza. Skąd on wie która droga jest krótsza. Przecież nie ma wzroku itd..
Czy on przed wyborem to sprawdza, że puszcza kilka elektronów zwiadowców dłuższą drogą czy jak?!

Proszę o poważne potraktowanie mojego pytania. Jakoś znajomi studenci nie znają się i nie potrafią tego wytłumaczyć.
Zastanawia mnie to bo być może jak ktoś mi wytłumaczy jak to prąd robi
to wynajdę na podstawie tej zasady jakiś wynalazek.

Pozdrawiam

@karolinaa https://www.reddit.com/r/explainlikeimfive/comments/1juo6c/eli5_how_does_electricity_know_which_is_the/

:)

aa gdyby ustawić detektory prądu na drodze prądu i teraz dopływa on do rozgałęzienia. Detektory ustawić też na tej drodze która jest krótsza jak i na tej która jest dłuższa to czy detektor prądu na dłuższej drodze by coś wychwycił? średnio rozumiem analogie do wody i naczynia

Pamiętaj, że przepływ prądu zależy również od materiału, w którym płynie. Jeżeli na jednym kierunku rezystancja będzie niższa niż na drugim to wiadomo jaki będzie wynik.
To tak jak z algorytmem Shortest Path First :P Ale to wiesz... fizyka jakiegoś musiałabyś chyba zapytać.

Bo jest tak, że prąd zawsze płynie najkrótszą drogą
Skąd czerpiesz taką wiedzę, to zdanie nie jest prawdziwe.
Jak chcesz mieć ciekawy problem, to zastanów się jak światło (promieniowanie elektromagnetyczne) wybiera drogi, kryterium jest takie, że światło porusza się po takich drogach, że drobna zmiana drogi wydłuża czas - porusza się po drogach z lokalnym minimum czasu.

Prąd nie wie ;) porostu lata prawie z prędkością światła we wszystkich kierunkach i tam gdzie mu łatwiej "lecieć" tam leci go więcej po _ułameczkach sekund wszytko się ustala i wydaje się że on wie :). Jeśli prąd zmienia się bardzo szybko lub linia jest tak długa ze nawet prąd nie daje rady to robi się bardzo dziwnie, np. jakbyś połaczyła kablem paryż i warszawe podała tam napięcie takie jak w gniazdku i szybko podcięła początek i koniec. to prąd doszedł by do jednego końca odbił się poleciał do drugiego znowu się odbił i tak w kółko aż wytraci energie. Coś jak kulka w misce. Albo Można tak podać wymiary i czasy że odbity prąd nałoży sie na wcześniejszy i będziesz miała 2 -razy większe napiecie.

Tu bardzo upraszam ale ładunki elektryczne poruszają się dość wolno m/s i to nie jest tak że jak płynie prąd to płyną te ładunki(tzn. one się ruszają ale nie oto chodzi), tylko jeden się minimalnie przesuwa i porusza kolejne(za pomocą pola elektromagnetycznego które porusza się z prędkością światła), one poruszają kolejne, one kolejne i rozchodzi się jak fala. Jeśli ładunki poruszają sie nie chętnie np. w szkle to popchną mnie innych ładunków i tam nie wiele prądu leci. Natomiast tam gdzie poruszają się chętnie i popychają wiele kolejnych(np. metal) to płynie go dużo. Ponieważ przesunięcie zajmuje fizycznie trochę czasu to prąd w metalu płynie wolniej niż prędkość światła 0,7c dla miedzi- to i tak bardzo szybko :P.

A propu tego szła to w podreczniku od fizyki była rezystacja szkła i jak ktoś się pytał pani dlaczego szkło ma rezystacje skoro jest izolatorem i prąd nie płynie a w odpowiedzi dostawał ze jest głupi. To chodzi o to że wszystko przewodzi prąd, bo wokół każdego atomu sa elektrony które można poruszyć, tyle że one mogą ruszyć się bardzo nie wiele i rezystacja takich materiałow jet miliard miliardów razy wieksza od metalu wiec przyjmuje się że tam prąd nie płynie.

@karolinaa trolujesz czy tak serio pytasz?

To zależy od szeregu czynników, ale w przypadku drutu jego oporność jest proporcjonalna do długości i większa jego część popłynie odgałęzieniem o mniejszej rezystancji, czyli krótszym. Ale gdybyś miała dwa tej samej długości odgałęzienia, to prąd podzieliłby się po równo.

Możesz to dość prosto zwizualizować np. tu: http://www.falstad.com/circuit/
(Circuits->Basics->Ohm's law)

@topik92 linia długa, ahh, kiedy to było ;)

To jest jak najbardziej serio, bo weźmy np burzę z piorunami i jak bardzo może być prawdopodobne uderzenie pioruna w konkretnym miejscu gdy wracacie do domu i nie macie się gdzie schronić, bojąc się przy tym czy w Was ten piorun nie uderzy.

W szkole uczyli mnie że 1 mm przeskoku iskry to jest ok. 1 kV. Nie wiem na jakiej wysokości są chmury burzowe, zakładam że nisko, jeśli ta odległość byłaby 1 km nad ziemią to do przeskoku iskry zgodnie z tym założeniem potrzeba miliarda woltów. Robiliśmy kiedyś na studiach ćwiczenia z przeskokiem iskry przy ustawionej stałej odległości elektrod iskiernika, czym większe napięcie to tym częściej ta iskra przeskakiwała.

I teraz weźmy taką sytuację, że jesteście na jakiejś górze o 600 m wysokości albo na szczycie masztu radiowego i na dole, jest burza, jest deszcz i są pioruny. Jak myślicie, gdzie będzie najbezpieczniej?

Dalej, są silniki indukcyjne o ulepszonym rozruchu, dwuklatkowe albo głęboko-żłobkowe, ich zasada działania jest tutaj opisana:
http://www.bezel.com.pl/index.php/maszyny-elektryczne/silniki-indukcyjne-specjalne

Tutaj jest zjawisko wypierania ale o tym którędy płynie prąd decyduje tak naprawdę reaktancja indukcyjna (początek rozruchu) a jak się już silnik kręci głównie rezystancja.

No cóż, mam nadzieję że to coś trochę wyjaśni :-)

Możesz sobie to wyobrazić tak:
masz rurkę, która rozdziela się na dwie rurki - jedną grubszą (o większej średnicy) drugą cieńszą (o mniejszej średnicy). Do głównej rurki jest pompowana woda. Do której rurki wpłynie więcej wody?

Nie płynie po najkrótszej drodze tylko po drodze najmniejszego oporu.

I dodatkowo wybiera wszystkie drogi równolegle (zgodnie zresztą z powyższym - z różnym natężeniem prądu):

http://ecmweb.com/content/path-least-resistance

Tobie pewnie chodzi o dziury w półprzewodnikach ;D

Bo normalnie prądem się trudno steruje gdyż zazwyczaj się rozgałęzia i można tak podłączać kilka źródło zasilania, a także masy ich możesz wszystkie połączyć, bo od napięcia zasilania będzie zależało jak się energia rozejdzie.

Jak pójdzie obwodem prąd do przykładowego tranzystora, ale zostanie odizolowany np. ditlenkiem krzemu (IV), to pole magnetyczne tej energii przyciągnie lub odepchnie dziury, w półprzewodniku który dzięki ułożeniu dziur ustanowi drogę, którędy będą mogły elektrony przejść przez dany półprzewodnik.

Po wpływem takiego pola magnetycznego prąd dostaje parametr wzmocnienia beta, który ułatwia mu przepływ i sprawia, że duże obciążenia na innych rozgałęzieniach są jak izolatory i prąd wybiera przejście przez most tranzystora, gdyż suma energii zasilającej musi być równa sile wyjściowej, w nadprzewodniku prąd będzie latał cały czas, a normalnie zawsze są ubytki energii przez co zawsze jest trochę mniej.

I tak możesz łatwo bramkę not zbudować, i cały komputer.

Prąd płynie zgodnie z prawem Ohma ! Tam gdzie jest mniejsza I=U/R - tzn prąg jest większy im mniejsza jest rezystancja.

karolinaa napisał(a):

Zadaję pytanie do ludzi

Zadaje się pytania ludziom,a nie do ludzi.

karolinaa napisał(a):

Bo jest tak, że prąd zawsze płynie najkrótszą drogą. I dobra jak jest ta droga np. metalowy drucik i sobie
ten prąd płynie, te elektrony i dopływają do rozgałęzienia dróg. I teraz jedna jest krótsza a druga droga dłuższa.
No i prąd wybiera sobie, że popłynie tą krótsza.

Prąd nie płynie krótszą drogą. Prąd płynie każdą drogą z natężeniem odwrotnie proporcjonalnym do rezystancji/impedancji tej drogi. Wyobraź sobie prąd jako ilość elektronów, napięcie jako ich szybkość, rezystancję jako odwrotność średnicy rurki, którymi płyną. Im większa rezystancja, tym rurka węższa, zmieści się w niej naraz mniej elektronów, czyli przepłynie mniejszy prąd. Im mniejsza rezystancja, tym rurka szersza, a więc naraz zmieści się więcej elektronów, czyli popłynie większy prąd. W rurkę można wpychać elektrony szybciej albo wolniej, jeśli wyobrazimy sobie opór jako uderzające o siebie i rurkę elektrony, to im wyższe napięcie, tym elektrony szybsze, im szybsze, tym mocniej uderzają, uderzenia powodują straty energii, ta energia idzie na rozgrzanie rurki. Czyli duże napięcie, cienki drucik -> rozgrzanie go do świecenia.
Teraz jeśli masz dwa druciki, jeden dłuższy, a drugi krótszy. Ten dłuższy wyobrażony jako dłuższa rurka oznacza, że elektrony mają dłuższą drogę do przebycia, po drodze odbijają się o siebie i ściany rurki, w efekcie opór rośnie i przepływa ich tam mniej. Ale płyną. Krótsza rurka to mniej tarcia w środku, elektrony mogą płynąć szybciej, przepływa ich więcej.
Analogia jest też o tyle trafna, że zwalniające elektrony w rurce w wyniku większego tarcia (bo sumarycznie na dłuższym dystansie) to nic innego, jak na większy spadek napięcia w dłuższym przewodzie w wyniku większego oporu.

Ponieważ elektron posiada ujemny ładunek elektryczny, na każdy elektron działa siła zgodna z gradientem potencjału elektrycznego (tj. zgodnie z kierunkiem linii pola elektrycznego). Fakt, że elektrony posiadają ładunek powoduje też, że elektrony tworzą wokół siebie pole elektryczne oddziałujące na inne elektrony. Elektrony się od siebie odpychają, tym silniej im są bliżej siebie. Tam gdzie zagęszczenie elektronów większe, tam potencjał elektryczny bardziej ujemny, gradient potencjału większy, a zatem będą się mocniej odpychały niż w miejscach, gdzie zagęszczenie elektronów jest mniejsze. I teraz gdyby elektronom nic nie przeszkadzało, to wszystkie by się od siebie odepchnęły i uleciały w przestrzeń.

Ale żeby nie było zbyt prosto, pewne materiały pozwalają się przemieszczać elektronom bez większych oporów tj. pozwalają elektronom rozpędzić się do większych prędkości (takim idealnym środowiskiem jest próżnia, nieco gorszym ale niezłym - wszelkie metale), pewne stawiają opór tj. mocno spowalniają elektrony (półprzewodniki) np. "lekko" wiążąc je z jądrami atomów, a niektóre w ogóle nie pozwalają elektronom się przemieszczać (na razie efekty kwantowe typu tunelowanie zostawiamy na boku).

I teraz dajmy na to, że taki elektron pchany polem elektrycznym natrafi na przeszkodę (duży opór). Spowoduje to jego spowolnienie a może nawet zatrzymanie. Ponieważ elektron ma ładunek i wytwarza pole, następny elektron dolatujący do tego miejsca będzie od tego pierwszego odpychany i wypadkowa siła działająca na niego będzie mniejsza, a zatem będzie się poruszał wolniej. Kiedy doleci do miejsca oporu zwiększy elektroujemność tego miejsca, co będzie jeszcze mocniej odpychało kolejne elektrony. Takie jakby ciśnienie podobnie jak w gazach. Może to spowodować, że gradient potencjału elektrycznego powstanie taki, że kolejne elektrony już nie będą leciały w to miejsce, tylko "wybiorą" łatwiejszą drogę.

I jeszcze taki drobiazg: elektrony w przewodnikach nie poruszają się z prędkościami bliskimi prędkości światła. Poruszają się z prędkościami znacznie, znacznie mniejszymi, powiedziałbym że wręcz "zwykłymi" - mogą być to nawet pojedyncze centymetry na sekundę. Średnia prędkość będzie proporcjonalna do natężenia prądu oraz odwrotnie proporcjonalna do pola powierzchni przekroju poprzecznego przewodnika.

Z prędkością bliską prędkości światła rozchodzi się pole elektryczne. Np. jeśli masz zamknięte elektrony w rurce (powiedzmy że w próżni) i ruszyłbyś jeden z nich, to inne "poczują" zmianę pola elektrycznego bardzo, bardzo szybko. Dzięki temu można przekazywać informacje bardzo szybko. To trochę podobnie jak z dźwiękiem. To, że dźwięk się rozchodzi w powietrzu z prędkością ok 300 m/s nie oznacza, że samo powietrze przemieszcza sie z taką prędkością.

Wyobraź sobie prąd jako ilość elektronów, napięcie jako ich szybkość

Napięcie jako szybkość w ogóle do mnie nie trafia.

W miarę dobra jest analogia do gazów:
Potencjał elektryczny to ciśnienie statyczne.
Napięcie to różnica ciśnień między dwoma punktami.
Ładunek elektryczny to po prostu ilość zgromadzonego gazu (masa).
Natężenie prądu to przepływ gazu wyrażony w masie przepływającego gazu podzielonej na jednostkę czasu.
Szybkość przepływu elektronów to szybkość poruszania się gazu.

Analogia o tyle dobra, że zwykłe gazy, podobnie jak "gaz elektronowy" są ściśliwe, jednak też nie do końca dokładna, bo gaz zamknięty w rurce wypełni rurkę równomiernie, natomiast elektrony rozejdą się na boki i skoncentrują przy krawędziach, zwłaszcza ostrych. Tzn. mechanizm powstawania "ciśnienia" w przypadku gazów i elektronów jest zupełnie inny.

Prąd płynie zarówna tam gdzie jest większa rezystancja jak i mniejsza. Przecież jeżeli zasilisz równoległe żarówkę oraz silnik to działa zarówno żarówka jak i silnik, tylko żarówka pobiera powiedzmy 0,5A a silnik 5A. Aby lepiej to zrozumieć polecam poznać prawo Ohma oraz pierwsze i drugie prawo Kirchoffa.

A jeżeki chodzi o "zwiadowców" to faktycznie takie zjawisko występuje np. przy wyładowaniach atmosferycznych.

Proszę już nie spamować, bo padły odpowiedzi.

Teraz już to rozumiem. Myślałam, że więcej w tym magii i rocket science

https://pl.wikipedia.org/wiki/Pierwsze_prawo_Kirchhoffa
https://pl.wikipedia.org/wiki/Drugie_prawo_Kirchhoffa

Prad plynie tak aby byla spelniona pewna zasada wariacyjna, z niej mozna wyprowadzic prawa Kirchoffa. Wyglada to tak jakby prad probowal wszystkich mozliwosci i wybieral ta najbardziej optymalna. Podobnie jest w mechanice kwantowej, czastki probuja wszystkich mozliwych trajektorii, to co obserwujemy klasycznie to rezultat obliczenia nieskonczenie wymiarowej calki po tych wszystkich trajektoriach.