Qual è la velocità dell'elettrone in un attuale conduttore?

134th Knowledge Seekers Workshop Aug 25 2016 (Giugno 2019).

Anonim

Poche persone, a quanto pare, in una confusione di concetti quasi identici, sono stati portati a credere che gli elettroni di un conduttore viaggiano alla stessa velocità della luce. Pensi davvero che se uno dovesse sparare simultaneamente un raggio laser dalla Terra su un rivelatore su Marte e passare l'elettricità attraverso un filo lungo milioni di metri che collega una batteria sulla Terra e una lampadina su Marte, allora il rivelatore e la lampadina sarebbero illuminare allo stesso tempo?

La luce irradiata dal sole e gli elettroni in un conduttore viaggiano alla stessa velocità? (Credito immagine: Pixabay.com)

Perché gli elettroni non possono viaggiare alla velocità della luce

L'elettrone non può vincere la gara nel vuoto, figuriamoci all'interno di un conduttore. L'elettrone non può viaggiare alla stessa velocità della luce per il semplice motivo che ha massa. La luce è la cosa più veloce nell'universo perché è senza massa; porta con sé nessun bagaglio e mostra assolutamente nessuna inerzia che ne ostacola il movimento.

La luce è la cosa più veloce nell'universo perché è senza massa. (Credito fotografico: Pexels)

La massa di un elettrone potrebbe essere ridicolmente piccola in grandezza, ma è sufficiente per impedire alla particella di viaggiare a 300 milioni di m / s. In effetti, trascurando il fotone, poiché è privo di massa, l'elettrone non è nemmeno la particella più leggera che abbiamo ancora scoperto; quel titolo appartiene al neutrino. Un elettrone è quasi 5, 00.000 volte più massiccio di un neutrino.

Le velocità dell'elettricità

La velocità di un singolo elettrone è quindi la sua velocità tra le collisioni. Quanto tempo impiega un elettrone per viaggiare, forse un nanometro? La velocità individuale viene misurata per essere nella scala di milioni di metri al secondo. Tuttavia, poiché il loro movimento è casuale, ogni elettrone si muove lungo una velocità diversa.

Velocità media o di deriva

Alcuni elettroni viaggiano molto velocemente, mentre altri no. È ovvio che la media sarà molto meno di un milione di metri al secondo. Tuttavia, ciò che sorprende è che la media delle velocità catapulta il punto decimale nella sinistra a una distanza che non si sarebbe nemmeno immaginato. La velocità di deriva degli elettroni attraverso un filo di rame di sezione trasversale di 3, 00 x 10 -6 m 2, che porta una corrente di 10 A, è di circa 2, 5 x 10 -4 m / s, o un quarto di millimetro al secondo!

La velocità di deriva aumenta con un aumento della tensione CC, ma rimane costante con una diminuzione o un aumento della tensione CA.

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costantemente trascurabile. La velocità di deriva della corrente alternata è da cento a mille volte inferiore alla velocità di deriva della corrente continua. Mentre era 250 micrometri al secondo per il filo di rame sopra menzionato che trasporta una corrente continua, sarebbe 0, 25 micrometri al secondo per lo stesso filo che trasporta una corrente alternata.

Nemmeno il punto di contatto o l'interruttore attraverso il quale gli elettroni si sfuggono è più lungo di 0, 25 micrometri. Ricorda che gli elettroni che costituiscono una corrente alternata, a differenza di quelli che costituiscono una corrente continua, non si muovono linearmente in avanti, ma si alternano invece tra i terminali; se si alternano a 0, 25 micrometri al secondo, allora, paradossalmente, non entrano affatto nel circuito?

Velocità del segnale

(Credito fotografico: Pixabay)

È vero che le onde elettromagnetiche si propagano alla velocità della luce; infatti, la luce stessa è un'onda elettromagnetica. Tuttavia, la velocità di un'onda elettromagnetica varia a seconda delle proprietà del mezzo in cui viaggia. Le onde che gli elettroni irradiano viaggiano a 300 milioni di metri al secondo nel vuoto, ma viaggerebbero alla stessa velocità in un conduttore solo se la sua struttura o geometria lo consente.

Le onde, o quello che viene chiamato il segnale, possono viaggiare ovunque tra il 50% -90% della velocità della luce a seconda che gli elettroni si muovano in un conduttore "cattivo" o "buono". Se gli elettroni vanno letteralmente alla deriva per completare un circuito, in che modo la lampada nella tua camera da letto quindi si illumina quasi istantaneamente? Bene, perché l'effetto delle onde elettromagnetiche o del segnale si propaga, non alla velocità della luce, ma a una velocità abbastanza grande da percepirlo come effettivamente istantaneo. Per questo motivo, la gara non può finire in parità; il fotone uscirà sempre vittorioso.

Pensaci in questo modo: immagina una coda di persone spudoratamente impazienti che ansiosamente si agitano nei loro punti. Improvvisamente, l'ultima persona in coda decide di spingere la persona davanti, che di conseguenza spinge quella davanti a lei e così via. La spinta o il segnale "viaggia" istantaneamente, ma la persona o l'elettrone stesso non lo fa. Se la gente si fosse accodata per entrare in una porta, la spinta propagata avrebbe ovviamente raggiunto prima la porta. Il primo pusher, tuttavia, sarebbe ancora molto più indietro. Le persone continuerebbero ad agitarsi ansiosamente, proprio come i singoli elettroni sfrecciano a tremende velocità. La coda in media, tuttavia, va avanti a un ritmo noioso.