Curge de fapt electroni când se aplică o tensiune?

Gândirea la curent în termeni de mișcare a electronilor este începeți o cale către un model mental slab al modului în care funcționează electricitatea. Iată doar câteva lucruri greșite:

• Electronii sunt doar unul dintre mulți purtători de încărcare. Orice ion este, de asemenea, un purtător de încărcare.

• Protonii care echilibrează electronii sunt la fel de importanți. Dacă ai avea doar electroni, atunci toți electronii din univers ar fi respinși unul de celălalt și arunca în univers.

• Electronii au sarcină negativă și te vei confunda fără niciun motiv întemeiat gândindu-se la modul în care acestea trec de la negativ la pozitiv. De fapt, nu contează deloc.

• De fapt, electronii roiesc în toate direcțiile aleatorii tot timpul, iar mișcarea lor datorată curentului este minusculă, în comparație.

Important este: purtătorii de încărcare (electronii fiind unul dintre aceștia) pot fi folosiți pentru a transmite o forță electromotivă (de obicei numit doar tensiune). Acesta este un concept destul de obișnuit, într-adevăr. Puteți împinge un capăt al tijei și transmite o forță mecanică către celălalt capăt al tijei. Se mișcă tija, când faceți acest lucru? Ei bine, poate, dar sunt două lucruri care se întâmplă aici:

1. forța este transmisă prin tijă, ca undele care se propagă cu viteza sunetului în acel material
2. dacă și numai dacă transmite, de asemenea, puterea, tija se mișcă, în majoritatea cazurilor la o viteză mult mai mică

Diferența este evidentă pentru o tijă, dar din moment ce nu putem vedea sarcina electrică, diferența nu este evidentă .

Deci, întrebarea ta a fost: De fapt, electronii curg w când se aplică o tensiune? Strict vorbind, răspunsul este poate și depinde ce vrei să spui prin flux . Este similar cu întrebarea, se mișcă o frânghie când o tragi? Ei bine, dacă este atașată la un balon, s-ar putea mișca mult. Dacă este atașat la un perete de cărămidă, s-ar putea să nu se miște deloc.

Mișcarea purtătorilor de sarcină (cum ar fi electronii) este curentă . Dacă avem un curent, atunci există o mișcare netă a purtătorilor de încărcare. Într-adevăr, ei roiesc peste tot, la fel cum moleculele individuale de apă roiesc în jurul unei țevi, chiar dacă nu există un flux net. Curentul descrie mișcarea medie. În cazul curentului continuu, mișcarea medie este într-un cerc.

Modul în care interacționează purtătorii individuali de încărcare pentru a realiza acest lucru este complicat și este într-adevăr o întrebare de fizică, nu o întrebare electronică. Cu toate acestea, Vă sugerez să verificați acest tutorial MIT pe câmpuri .

Comentarii

• Dar afaik o grămadă de electroni vor zbura în afară, nu se vor alătura într-o minge.
• @WoutervanOoijen da, cred că ai dreptate 🙂 În orice caz, ar fi o lume foarte diferită!
• 90% din tot ceea ce am citit este pur și simplu greșit atunci când vine vorba de electroni care se mișcă și de electroni slăbiți.

Electronii nu se mișcă fizic când se aplică o tensiune – extrem de lent .

Un circuit alimentat la 100VDC, alimentând o sarcină de 1A (ca un bec) prin sârmă de cupru cu diametrul de 2 mm va vedea electronii mișcându-se la viteza de:

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

unde

• Q este numărul de electroni pe centimetru cub de cupru (aproximativ \ $ 8.5 \ ori 10 ^ {22} \ $)
• R este raza firului
• e este încărcarea pe electron (aproximativ \ 1,6 USD \ ori 10 ^ {- 19} \ $ coulombs)

Acest lucru funcționează la 8,4 cm / oră . Nu tocmai rapid.

Ceea ce este cheia este faptul că este energie prin circuit aproape instantaneu – nu electronii înșiși. (Electronii fac o „autostradă” convenabilă pentru a permite curgerea rapidă a energiei.)

Este regretabil că deriva lentă a electronilor sub o tensiune s-a încheiat cu același nume ca fluxul de energie care de fapt funcționează într-un circuit.

Comentarii

• Fără acea deriva lentă de electroni, nu există curent, deci putem ‘ nu au un flux de energie. Un flux de energie se numește putere și, după cum știm, \ $ P = IE \ $. Dacă \ $ I = 0 \ $, atunci nu poate exista flux de energie. Deci poate că doar jumătate au același nume 🙂
• Destul de adevărat. Atenție, în AC, ei doar se mișcă și nu ‘ circulă cu adevărat în sine.
• Q = 8,5 × 10 ^ 22 Elektroni / cm ^ 3 este numărul total de electroni pe volumul de Cu. Doar o fracțiune din acești electroni sunt electroni liberi care iau parte la conducere ( en.wikipedia.org/wiki/Free_electron_model ). Deci, această formulă este greșit.
• @Curd numărul dvs. este greșit, de unde l-ați luat? > ” Q = 8.5 × 10 ^ 22 Elektrons / cm ^ 3 este totalul numărul de electroni pe volum de Cu. ” Nu, numărul total de electroni / cm ^ 3 pentru cupru este de 2,46×10 ^ 24. Prin urmare, dacă fiecare atom contribuie cu un singur electron mobil la metalul ‘ s electron-mare, atunci densitatea electronilor liberi = 2.46e24 / N, unde N = 29 pentru cupru. Ecuația lor de mai sus este corectă. Vedeți același calc în Halliday / Resnick physics, sau wikipedia, Drift_velocity
• @wbeaty: da, aveți dreptate (eu nu ‘ t au Halliday dar) am recalculat și obțin aproximativ rho / Mm * Na * 29 = 2.44E24 ca număr total de electroni pe cm ^ 3 (densitate rho, Mm masă molară, Na = AVogadro numărul ‘ s). Nu ‘ nu-mi amintesc calculul meu de acum 2 ani …

Aici vorbim despre metale. De obicei, un obiect de metal nu constă din molecule. Este format din atomi de metal, grupați toți. Acest lucru este prezentat în imaginea de mai jos:

Cercurile roșii sunt electroni. După cum puteți vedea, „nu puteți spune cu adevărat la ce atom„ aparține ”un electron.Acești electroni formează conexiunile dintre atomi – deci aparțin a doi atomi.

Acum, când un curent începe să curgă, acești electroni se mișcă într-adevăr. Când curge un curent, energia este transferată. Deoarece atomii nu se pot mișca ușor, electronii trebuie să se miște.

Puteți vedea acest lucru și în unitatea Ampere de curent: 1 amper este egal cu 1 Coulomb pe secundă. Coulomb (C) este unitate de sarcină (Q). 1 Ampere înseamnă 1 Coulomb de sarcină trece un anumit punct în 1 secundă. Această sarcină este produsă de electronii care curg de fapt de la obiectul unu la obiectul doi.

Când „re vorbind despre curentul continuu (de exemplu, o aplicație normală alimentată cu baterie), acești electroni nu vor reveni la sursa lor. Luați în considerare acest circuit:

La început, există o diferență de încărcare între negativ și pozitiv pol: polul negativ are un surplus de electroni. Acest lucru creează o forță (tensiune) și, deoarece există o legătură între cei doi poli (firul și becul), electronii încep să curgă. Electronii se deplasează de la polul negativ prin bec la polul pozitiv, până când nu mai există nicio diferență de încărcare (sau este atât de puțin cât a câștigat „ca să nu curgă un curent).

Acum puteți vedea că acești electroni nu s-au întors la sursa lor: au început la polul negativ și s-au încheiat la polul pozitiv.

Noi numim asta o cale închisă pentru că acolo ” un cerc: curentul începe de la baterie și se termină la baterie. Există confuzie, deoarece bateria există de fapt cu două obiecte: polul pozitiv și cel negativ.

Uită-te la acest circuit (care este practic același, dar cu un condensator în loc de o baterie și un rezistor în schimb) a unui bec):

Curentul curge din partea dreaptă a condensatorului (încărcat negativ, excedent de electroni ) prin rezistorul din partea stângă a condensatorului (încărcat pozitiv, lipsă de electroni). Aici, plăcile condensatorului sunt separate, astfel încât să puteți vedea cu ușurință că de fapt nu este o cale închisă.

Numim doar o cale închisă, deoarece curentul începe și se termină la condensator.

Deoarece electronii nu trebuie să se întoarcă la baza lor, acum puteți înțelege că electronii pot curge și în pământ. Aceasta este, de asemenea, ceea ce se întâmplă cu fulgerele. Electronii curg din nori către pământ (sau invers, nu aș ști), doar pentru a neutraliza diferența de încărcare.

Comentarii

• În ceea ce privește fulgerul: ambele direcții. ” În medie la nivel mondial, fulgerele negative reprezintă marea majoritate, aproximativ 90% din toate loviturile. … Apropo, se consideră că fulgerele pozitive sunt cele mai periculoase, deoarece pot produce curenți foarte mari, până la 300.000 de amperi! ” ( sursă )
• Îmi place energia dvs. @Camil (joc de cuvinte), dar ar trebui să știți că există o serie de inexactități subtile cu acest răspuns. Confuzia nu constă în faptul că o baterie are doi poli, confuzia este că circuitele nu descriu mișcarea oricărui singur electron – descriu comportamentul agregat și transferul de energie … răspunsul continuă să facă aceleași ipoteze confuze care au determinat PO să pună întrebarea. Fie discutați în abstract, caz în care curentul trebuie să se întoarcă la sursă – fie discutați fizicul cu electronii și atitudinea lor de orice suprafață-echipotențială-va-face.
• p.s. – Nu am votat în jos. Doar pentru înregistrare, în caz că altcineva o face. – ” nu eu! „;)
• De asemenea, ar merita să subliniem că, deși electronii nu călătoresc prin baterii, funcționează curent . Acesta este motivul pentru care o baterie trebuie să aibă un electrolit și funcționează tocmai pentru că electronii nu pot ‘ să călătorească prin ea, dar ioni pozitivi pot. Ionii pozitivi, care călătoresc în direcția opusă electronilor, împiedică electronii care se deplasează prin circuit să creeze un echilibru până când energia chimică este epuizată. Deși ionii și electronii se mișcă în direcții opuse, au sarcini opuse și împreună fac un circuit complet de curent într-o direcție.
• @CamilStaps un electron individual va lua o cale aleatorie oriunde poate. Probabil că cea mai mare parte a acestei mișcări este atribuibilă zgomotului termic și nu mașinii electrice în care se întâmplă să facă parte. Doar dacă luați mișcarea medie a multor (mai mult de miliarde) de electroni veți observa că se mișcă într-o direcție mai mult decât alta. Și circuitele nu ‘ descriu fluxul de electroni: descriu fluxul de curent.