Чи є напруга швидкістю електронів?

Струм - це кількість електронів, що проходять через дріт. Чи можна сказати, що напруга - швидкість цих електронів?

Чи є напруга швидкістю електронів?

Ні, це не швидкість руху електронів всередині провідника.

Одиниця напруги - потенційна енергія на заряд :

Приклад...

Уявіть, у нас кулька масою М = 10 кг .

Ця куля існує в консервативному гравітаційному полі ( гравітаційному полі Землі). Якщо ми хочемо підняти його на висоту 1 метр, ми мусимо - якось подати X енергію, що дає м'ячу достатню швидкість для переміщення на 1 м над його поверхнею.

Ми дамо кульці цю кількість енергії у перерахунку на кінетичну енергію (швидкість). Таким чином, ми кидаємо м'яч вгору з деякою швидкістю, і коли м'яч рухається вгору, його швидкість зменшується; і його потенційна енергія збільшується до тих пір, поки вона не припиниться і вся кінетична енергія не перетвориться на потенційну енергію.

На наступному малюнку показано кількість потенційної енергії для кулі масою М = 10 кг на різних висотах над рівнем моря:

Але що робити, якщо ми хочемо зробити загальний масштаб?
Для будь-якої кулі довільної маси, на будь-якій висоті, ми можемо отримати кількість енергії на кожні 1 кг у ній (енергія на масу):

Тепер ми можемо сказати, що на висоті 3 метри над рівнем моря будь-який об’єкт масою X матиме енергію, рівну 29,4 джоуля на кожні 1 кг маси. Це пов’язано з гравітаційним полем Землі .

Напруга , або електричний потенціал , - це кількість потенційної енергії (джоулів), яку матиме будь-яке «заряджене тіло» в електричному полі , на кожні 1 кулон електричного заряду в ньому.

Напруга є властивістю електричного поля.

Електричне поле поводиться трохи як гравітаційне поле. Об'єкти в гравітаційному полі об'єднуються. Киньте камінь у гравітаційне поле, і він прискориться вниз, забираючи енергію з поля.

Електричні поля, на відміну від гравітаційних полів, мають полярність. Вкиньте електрон в електричне поле і він прискориться у напрямку позитивного заряду. Електрон не має напруги, він має заряд: кулонів .$1.6×10^{−19}$

Яка сила прикладається до електрона, залежить від напруги позитивної та негативної сторін поля та їх відстані один від одного.

Це все у вільному просторі. А як всередині дроту? Ситуація там набагато більше схожа на трубочку, наповнену кульками, ніж вільний простір. Прикладіть силу до кулі з одного кінця, і він виштовхне м'яч на іншому кінці. Прикладіть напругу до проводу, і електрони будуть рухатися, витісняючи один на позитивному кінці. Величина прикладеної сили відповідає напрузі, прикладеній до проводу.

Ключова річ у цій моделі полягає в тому, що сила рухається набагато швидше, ніж кулі / електрони, які її передають - вона не потребує кулі / електроні, щоб пройти весь шлях, вона просто вимагає відштовхувати своїх сусідів.

Візьміть сценарій у реальному часі,

Ми можемо сприймати її як аналогію.

Розглянемо верхній резервуар і водопровідний кран, який подається з цього над головним баком.

Тепер,

Кожен раз, коли відкриється крана, вода буде надходити через цей кран.

Кількість води , яка проникає через еквівалентно току

При якому тиску йде, тобто напруга

Ні, напруга - це "потенційна енергія", що дається електронам. Як ніби береш камінь і піднімаєш. Поки ви не з'єднаєте навантаження, електрон нікуди не піде.

Якщо ви дозволите йому падати камінь вниз (або підключити резистор до джерела напруги), енергія перемістить камінь (електрони).

Чи є напруга швидкістю електронів?

Ні

Напруга - це міра того, скільки енергії доставляється для зарядки. У самому своєму основному, електрон (основний заряд) приділяє 1,660 × ¹⁰⁻¹⁹ джоулів при переміщенні через різницю електричних потенціалів в один вольт. Потім, як кажуть, електрон має енергію 1 електронвольта.

Отже напруга - це енергія, поділена на заряд.

Ви можете почати з потужності і помножити її на час, щоб отримати енергію:

Енергія = потужність × час = V ⋅ I × час.

Тепер замініть Q (заряд) на поточний × час, і ви отримаєте:

Енергія = V ⋅ Q або V = енергія / Q .

Це насправді питання фізики. Я не вірю, що в межах дисципліни електротехніки існує експериментальний метод, який б надійно відповів на це питання.

Сказавши це, прийнято вважати, що швидкість електронів у провіднику, що переживає струм потоку, насправді досить повільна порівняно зі швидкістю світла. Це часто називають "швидкістю дрейфу" електронів. Однак вплив напруги та струму на електрони поширюється через провідник майже зі швидкістю світла. Звичайна аналогія - труба, заповнена мармуром. Якщо натиснути мармур на один кінець труби, мармур на іншому кінці відчує поштовх майже миттєво, навіть якщо жоден з проміжних мармурів не перемістився.

Напруга - це тиск, який штовхає електрони навколо ланцюга. Це нічого не говорить про їх швидкість. Якщо ви берете акумулятор 1,5 В і не підключаєте його ні до чого, тоді все ще є 1,5 В, хоча ніде не поступає жоден електрон.

Далі напруга - це різниця тиску між двома точками. Ви можете виміряти лише напругу між однією точкою та іншою. Ось чому його ще називають "різницею потенціалів".

Можна розрахувати середню швидкість електрона, якщо вам відомий струм, фізичні властивості дроту (особливо його площа поперечного перерізу) та властивості матеріалу, з якого виготовляється дріт (відстань між атомами та скільки вільних електронів існує на атом).

Ні, напруга - це не швидкість електронів через дріт, а струм (майже) є.

Ви сказали: "Струм - це кількість електронів, що проходять через дріт", але це не зовсім правильно. Струм - це кількість електричного заряду (електронів), що проходить через провідник за одиницю часу. Ампера , наша одиниця виміру струму, визначається як 1 кулона електричного заряду в секунду. Поточний - значення ставки.

За аналогією водопроводу , заряд (кулони) аналогічний об'єму води (галонів), струм (ампер) аналогічний швидкості потоку води (галонів в хвилину), а напруга аналогічна тиску води, який викликає потік.

Напруга не є властивістю електронів. Електрон є "суб'єктами", як він є. Напруга (або різниця потенціалів) - це «здатність» транспортувати певний заряд. В електроніці цей заряд, як правило, здійснюється електронами. Більш висока напруга здатна перенести більше електронів, отже, викликати більший струм.
Інший спосіб погляду на це полягає в тому, що напруга - це кількість потенційної енергії, яку електрон набирає або втрачає, переходячи від одного потенціалу до іншого потенціалу. Таким чином, напруга дуже схожа на потенційну енергію в кінетиці - якщо я піднімаю кульку, властивості м'яча не змінюються, але він отримує потенційну енергію.

Якщо електрон був мармуровим, напруга подібна до висоти схилу, на яку мармур знаходиться вгорі.

Це може бути справді високий схил - милі у висоту. Це може бути крихітний підйом - всього пару сантиметрів. Ось, що визначається напругою.

Швидкість електронів залежить від щільності дроту. Це також залежить від кількості вільних атомів у провіднику.

Подумайте про це як проштовхування піску через каміння. Чим щільніше камені, тим важче стає проштовхування піску через нього.

Чим більше піску (вільних електронів) всередині, тим менше відстань вам потрібно буде просунути, щоб стільки ж піску випадало на іншому кінці.

Детальніше ви можете прочитати про швидкість дрейфу . Фактична швидкість електрона в прикладі становить лише 23 мкм / с.

Насправді напруга вплине на швидкість електронів : у заданій формулі замініть I на U / R, і ви побачите, що швидкість зростатиме з напругою.

Тут багато хорошої інформації, яка сподівається прояснити ваше питання.

Напругу можна розглядати як різницю енергії між двома точками в мережі (різниця потенціалів), подумайте про напругу, що падає на резистор. Різні на кожному кінці завдяки силі, що розсіюється по самому резистору.

Якщо вам де розглянути напругу живлення ланцюга (ЕРС, електрорушійна сила), це можна вважати тиском, що примушує струм через ланцюг.

примітка про потік електронів

Конвенцією вважається, що струм рухається від + до -, проте цей потік електронів - до +. Формули і т. Д., Звичайно, будуть працювати з цією умовою, оскільки зазвичай ми не дбаємо про потік електронів, якщо тільки ми не потрапляємо в напівпровідникові речі, однак важливо пам’ятати, що вони насправді протікають від - до + (електрон є негативним носієм заряду).

Я сподіваюся, що це разом з багатьма іншими коментарями допомагає. Тоні

Ні. Найпростіша відповідь - це напруга - це щільність електронів. Тобто "тиск", необхідний для того, щоб підштовхнути їх проти своєї відштовхуючої сили. Звичайно, це ускладнюється іншими факторами, такими як середовище, в якому вони рухаються.