מהי מהירות האלקטרונים במוליך נשיאה נוכחי?

זרם אחר - אלקטרוניקה קלאסית - הזרם החשמלי (יולי 2019).

Anonim

כמה אנשים, כך נראה, בבוץ של מושגים כמעט זהים, הובילו להאמין כי אלקטרונים במנצח נוסעים באותה מהירות כמו אור. האם אתה באמת חושב שאם אחד היה בו זמנית לירות קרן לייזר מכדור הארץ על גבי גלאי על מאדים ולהעביר חשמל דרך חוט באורך של מיליוני מטרים חיבור הסוללה על כדור הארץ נורה על מאדים, אז הגלאי ואת הנורה להאיר באותו זמן?

האם האור מקרין על ידי השמש והאלקטרונים בנסיעה של מוליך באותה מהירות? (תמונה תמונה: Pixabay.com)

למה אלקטרונים לא יכול לנסוע במהירות האור

האלקטרון לא יכול לנצח את המירוץ בחלל ריק, שלא לדבר על מנצח. האלקטרון אינו יכול לנסוע באותה מהירות כמו האור מהסיבה הפשוטה שיש לה מסה. האור הוא הדבר המהיר ביותר ביקום משום שהוא חסר המונים; היא נושאת עם זה שום מטען ותערוכות שום אינרציה כי מעכבת את התנועה.

האור הוא הדבר המהיר ביותר ביקום משום שהוא חסר המונים. (צילום: Pexels)

מסתו של אלקטרון עשויה להיות קטנה במידת מה, אבל זה מספיק כדי למנוע את החלקיקים נסיעה ב -300 מיליון מ \ ש. למעשה, הזנחת הפוטון, שכן הוא חסר המונים, האלקטרון אינו אפילו החלקיק הקל ביותר שעדיין גילינו; כותרת זו שייכת לנייטרינו. אלקטרון הוא כמעט 5, 00, 000 פעמים יותר מסיבי מאשר נייטרינו.

המהירות של חשמל

מהירותו של אלקטרון יחיד היא אפוא מהירותו בין ההתנגשויות. כמה זמן לוקח אלקטרון לנסוע אולי ננומטר אחד? מהירות הפרט נמדדת להיות בקנה מידה של מיליוני מטרים לשנייה. עם זאת, מכיוון שהתנועה שלהם אקראית, כל אלקטרון מתרוצץ במהירות שונה.

ממוצע או להיסחף מהירות

כמה אלקטרונים לנסוע מהר מאוד, בעוד שאחרים לא. ברור כי הממוצע יהיה הרבה פחות ממיליון מטרים לשנייה. עם זאת, מה שמדהים הוא כי ממוצעים המהירות מעוט את הנקודה העשרונית שמאלה למרחק שאפילו לא דמיינתי. מהירות הסחף של האלקטרונים דרך חוט נחושת של חתך שטח 3.00 x 10 -6 מ '2, נושאת זרם 10A, הוא כ 2.5 x 10 -4 m / s, או רבע מילימטר לשנייה!

מהירות הסחף עולה עם עלייה במתח DC, אבל זה נשאר קבוע עם ירידה או עלייה במתח AC

.

כל הזמן זניח. מהירות הסחיפה של זרם הזרם הנוכחי נמוכה פי מאה עד פי אלף ממהירות הסחיפה של זרם הזרם. בעוד זה היה 250 מיקרומטר לשנייה עבור הנ"ל חוט הנשיאה נושאת זרם DC, זה יהיה 0.25 מיקרומטר לשנייה עבור אותו חוט נושאת זרם AC.

אפילו נקודת המגע או המתג שדרכו האלקטרונים נמלטים ממרחק של יותר מ -0.25 מיקרומטר. זכור כי אלקטרונים המהווים זרם חילופין, שלא כמו אלה המהווים זרם DC, אינם נעים קדימה באופן ליניארי, אלא במקום זה בין המסופים; אם הם חלופי ב 0.25 מיקרומטר לשנייה, האם הם, באופן פרדוקסלי, לא להיכנס למעגל בכלל?

מהירות האות

(צילום: Pixabay)

נכון שגלים אלקטרומגנטיים מתפשטים במהירות האור; למעשה, האור עצמו הוא גל אלקטרומגנטי. עם זאת, המהירות של גל אלקטרומגנטי משתנה עם המאפיינים של המדיום שבו הוא נוסע. הגלים שהאלקטרונים מקרינים נוסעים ב -300 מיליון מטרים לשנייה בחלל ריק, אך הם ייסעו באותה מהירות במוליך רק אם המבנה או הגיאומטריה יאפשרו זאת.

הגלים, או מה שמכונה האות, יכולים לנוע בין 50% -90% למהירות האור, בהתאם לשאלה אם האלקטרונים נעים במוליך 'רע' או 'טוב'. אם האלקטרונים פשוטו כמשמעו נסחפים להשלמת מעגל, איך המנורה בחדר השינה שלך זוהרת כמעט מיד? ובכן, בגלל ההשפעה של גלים אלקטרומגנטיים או את האות מתפשט, לא במהירות האור, אבל במהירות גדולה מספיק כדי לתפוס את זה באופן מיידי מיידי. מסיבה זו, המירוץ לא יכול להסתיים גם בעניבה; הפוטון תמיד ינצח.

תחשוב על זה ככה: תאר לעצמך תור של אנשים חסרי סבלנות חסרי בושה, שמתחככים בדאגה בנקודות שלהם. פתאום, האדם האחרון בתור מחליט לדחוף את האדם מלפנים, אשר כתוצאה מכך דוחף את אחד לפניה וכן הלאה. דחיפה או את האות "נוסע" באופן מיידי, אבל האדם או האלקטרון עצמו לא. אם האנשים עמדו בתור כדי להיכנס לדלת, הדחיפה המופצת היתה מגיעה אל הדלת. אבל הסוחר הראשון עדיין היה הרבה יותר רחוק. האנשים ימשיכו להתעצבן בחרדה, בדיוק איך האלקטרונים בודדים במהירות אדירה. התור הממוצע, לעומת זאת, נע קדימה בקצב משעמם.