Apakah Kelajuan Elektron Dalam Konduktor Pembawa Semasa?

Anonim

Beberapa orang, seolah-olah, dalam kekeliruan konsep yang hampir sama, telah dipaksa untuk percaya bahawa elektron dalam konduktor bergerak pada kelajuan yang sama seperti cahaya. Adakah anda benar-benar berfikir bahawa jika seseorang secara serentak membakar sinar laser dari Bumi ke pengesan di Marikh dan melepasi elektrik melalui dawai berjuta-meter panjang yang menghubungkan bateri di Bumi dan mentol di Marikh, maka pengesan dan mentol akan cahaya pada masa yang sama?

Adakah cahaya dipancarkan oleh matahari dan elektron dalam konduktor perjalanan pada kelajuan yang sama? (Kredit Imej: Pixabay.com)

Kenapa Elektron Tidak Boleh Melancong pada Kelajuan Cahaya

Elektron tidak boleh memenangi perlumbaan dalam vakum, apalagi di dalam konduktor. Elektron tidak boleh bergerak pada kelajuan yang sama sebagai cahaya untuk sebab mudah bahawa ia mempunyai massa. Cahaya adalah perkara terpantas di Semesta kerana ia tidak beramai-ramai; ia tidak membawa bagasi dan pameran sama sekali tidak mempunyai inersia yang menghalang gerakannya.

Cahaya adalah perkara terpantas di alam semesta kerana ia tidak beramai-ramai. (Foto Kredit: Peksel)

Jisim elektron mungkin sangat kecil dalam keadaan magnitud, tetapi cukup untuk mengelakkan zarah dari perjalanan pada 300 juta m / s. Sebenarnya, mengabaikan foton, kerana ia tidak beramai-ramai, elektron bukanlah zarah yang paling ringan yang kami dapati; tajuk itu adalah milik neutrino. Satu elektron hampir 5, 00, 000 kali lebih besar daripada neutrino.

Kelajuan Elektrik

Kelajuan elektron individu dengan itu adalah kelajuan antara perlanggaran. Berapa banyak masa yang diperlukan oleh elektron untuk perjalanan mungkin satu nanometer? Halaju individu diukur dalam skala berjuta-juta meter sesaat. Walau bagaimanapun, kerana gerakan mereka adalah rawak, setiap pelindung elektron bersama-sama pada halaju yang berbeza.

Purata atau Halaju Drift

Sesetengah elektron bergerak sangat cepat, sementara yang lain tidak. Adalah jelas bahawa purata akan kurang daripada sejuta meter sesaat. Walau bagaimanapun, apa yang mengejutkan adalah bahawa purata halaju melonjakkan titik perpuluhan di sebelah kiri ke jarak yang tidak akan dibayangkan. Halaju dram elektron melalui dawai tembaga luas keratan rentas 3.00 x 10 -6 m 2, membawa arus 10A, adalah kira-kira 2.5 x 10 -4 m / s, atau satu perempat daripada satu milimeter sesaat!

Halaju drift bertambah dengan peningkatan voltan DC, tetapi tetap berterusan dengan penurunan atau peningkatan dalam voltan AC

.

sentiasa diabaikan. Halaju dram semasa AC adalah seratus hingga seribu kali lebih rendah daripada halaju drift arus DC. Walaupun 250 mikrometer sesaat untuk dawai tembaga yang disebut di atas yang membawa arus DC, ia akan menjadi 0.25 mikrometer sesaat untuk dawai yang sama dengan arus AC.

Tidak juga titik hubungan atau suis yang mana elektron melarikan diri adalah lebih lama daripada 0.25 mikrometer. Ingatlah bahawa elektron yang membentuk arus AC, tidak seperti yang membentuk arus DC, tidak bergerak ke hadapan secara linear, tetapi ganti antara terminal; jika mereka bergantian pada 0.25 mikrometer per saat, adakah mereka kemudian, secara paradoks, tidak memasuki litar sama sekali?

Kelajuan Sinyal

(Photo Credit: Pixabay)

Memang benar bahawa gelombang elektromagnetik menyebarkan pada kelajuan cahaya; sebenarnya, cahaya itu sendiri adalah gelombang elektromagnetik. Walau bagaimanapun, kelajuan gelombang elektromagnet berbeza-beza dengan sifat medium di mana ia bergerak. Gelombang elektron memancarkan perjalanan pada 300 juta meter sesaat dalam vakum, tetapi mereka akan bergerak pada kelajuan yang sama dalam konduktor hanya jika struktur atau geometrinya dibenarkan.

Gelombang, atau apa yang dipanggil isyarat, boleh bergerak di mana-mana antara 50% -90% kelajuan cahaya bergantung kepada sama ada elektron bergerak dalam konduktor 'buruk' atau 'baik'. Jika elektron benar-benar hanyut untuk melengkapkan litar, bagaimanakah lampu di dalam bilik tidur anda bersinar begitu cepat? Baiklah, kerana kesan gelombang elektromagnetik atau isyarat menyebarkan, bukan pada kelajuan cahaya, tetapi pada halaju yang cukup besar untuk melihatnya secara serta-merta. Atas sebab ini, perlumbaan tidak boleh berakhir sama ada; foton akan sentiasa menang.

Fikirkanlah seperti ini: gambarkan barisan orang yang tidak berkesudahan yang tidak sabar dan tidak sabar-sabar di tempat mereka. Tiba-tiba, orang yang terakhir dalam barisan itu memutuskan untuk menolak orang di hadapan, yang seterusnya mendorong yang di depannya dan sebagainya. Pandu atau isyarat 'bergerak' dengan segera, tetapi orang atau elektron itu sendiri tidak. Sekiranya orang-orang telah beratur untuk memasuki pintu, pertolongan yang ditimbulkan jelas sekali akan mencapai pintu terlebih dahulu. Akan tetapi, penolak pertama masih jauh lebih jauh. Orang ramai akan terus gelisah dengan cemas, betapa elektron individu zip di dalam halaju yang luar biasa. Walau bagaimanapun, giliran rata-rata bergerak ke hadapan pada kadar yang membosankan.