Koja je brzina elektrona u strujnom dirigentu?

Anonim

Nekoliko ljudi, čini se, u zbrci gotovo identičnih koncepata, navelo je da vjeruju da elektroni u vodiču putuju istom brzinom kao svjetlost. Stvarno mislite da bi netko istodobno trebao otpustiti lasersku zraku iz Zemlje na detektor na Marsu i proći električnu energiju kroz višemilijunsku žicu koja povezuje bateriju na Zemlji i žarulju na Marsu, onda bi detektor i žarulja istodobno svijetliti?

Da li svjetlost zrači suncem i elektroni u vodiču putuju istom brzinom? (Slika: Pixabay.com)

Zašto elektroni ne mogu putovati brzinom svjetlosti

Elektron ne može pobijediti u utrci u vakuumu, a kamoli unutar dirigenta. Elektron ne može putovati istom brzinom kao svjetlost iz jednostavnog razloga da ima masu. Svjetlost je najbrža stvar u Svemiru jer je bez mase; no nosi prtljagu i ne pokazuje nikakvu inertnost koja ometa njegovo kretanje.

Svjetlost je najbrža stvar u Svemiru jer je bez mase. (Foto kredit: Pexels)

Masa elektrona može biti smiješno mala u veličini, ali dovoljno je spriječiti da čestica odlazi na 300 milijuna m / s. Zapravo, zanemarujući foton, jer je bez masnoća, elektron nije ni najlakša čestica koju smo još otkrili; taj naslov pripada neutrinu. Elektron je gotovo 5, 00, 000 puta masivaniji od neutrina.

Brzine struje

Brzina pojedinačnog elektrona stoga je brzina između sudara. Koliko vremena elektron traži da putuje možda jednom nanometrom? Pojedinačna brzina mjeri se u mjerilu od milijuna metara u sekundi. Međutim, budući da je njihovo kretanje slučajno, svaki elektron skenira na različitoj brzini.

Prosječna brzina ili drift brzina

Neki elektroni putuju vrlo brzo, dok drugi ne. Očito je da će prosjek biti puno manje od milijun metara u sekundi. Međutim, ono što je zapanjujuće jest da usrednjavanje brzina katapultira decimalnu točku na lijevoj strani do udaljenosti koju ne bi ni zamislio. Brzina strujanja elektrona kroz bakrenu žicu s poprečnim presjekom 3, 00 x 10 -6 m 2, koja nosi struju od 10A, iznosi oko 2, 5 x 10 -4 m / s ili četvrtina milimetra u sekundi!

Brzina driftanja povećava se s povećanjem napona istosmjernog napona, ali ostaje konstantna ili uz smanjenje ili povećanje napona izmjeničnog napona

,

stalno zanemariv. Brzina strujanja AC struje je stotinu do tisuću puta manja od brzine strujanja DC struje. Dok je bila 250 mikrometara u sekundi za gore navedenu bakrenu žicu s istosmjernom strujom, to bi bilo 0, 25 mikrometara u sekundi za istu žicu s AC strujom.

Čak ni kontaktna točka ni prekidač kroz koji se elektroni izbacuju dulji su od 0, 25 mikrometara. Ne zaboravite da elektroni koji tvore AC struju, za razliku od onih koji tvore istosmjerni strujni element, ne kretu se linearno naprijed, već umjesto toga izmjenjuju između terminala; ako se izmjenjuju na 0, 25 mikrometara u sekundi, onda oni, paradoksalno, ne ulaze u krug uopće?

Brzina signala

(Foto kredit: Pixabay)

Istina je da elektromagnetski valovi propagiraju brzinom svjetlosti; u stvari, sama svjetlost je elektromagnetski val. Međutim, brzina elektromagnetnog vala varira s svojstvima medija u kojem putuje. Valovi koji zrače zrače kreću se brzinom od 300 milijuna metara u sekundi u vakuumu, no putuju istom brzinom u vodiču samo ako to dopušta njegova struktura ili geometrija.

Valovi, ili ono što se zove signal, mogu putovati bilo gdje između 50% -90% brzine svjetlosti, ovisno o tome da li se elektroni kreću u lošem ili dobrom vodiču. Ako se elektroni doslovce spuštaju za dovršavanje kruga, kako svjetiljka u vašoj spavaćoj sobi stoga gotovo trenutačno svijetli? Pa, budući da se učinak elektromagnetskih valova ili signala širi, ne brzinom svjetlosti, već brzom brzinom dovoljno da je percipiramo kao djelotvorno trenutačno. Iz tog razloga, utrka ne može završiti niti u kravati; foton će uvijek nastati pobjednički.

Razmislite o ovome: zamislite niz neustrašivo nestrpljivih ljudi koji se nervozno zabode u njihova mjesta. Odjednom, posljednja osoba u redu odluči gurnuti osobu ispred sebe, koja zatim gura onu ispred nje i tako dalje. Guranje ili signal 'putuje' trenutačno, ali osoba ili elektron ne. Ako su ljudi bili na čekanju za ulazak u vrata, propagirani gur očito bi mogao prvo doći do vrata. Prvi potiskivač ipak bi bio daleko iza sebe. Ljudi bi se nastavili nervozno nervati, kako pojedini elektroni zip po golim brzinama. Red čekanja se, međutim, kreće prema naprijed.