Mikä on elektronin nopeus nykyisessä kantolaitteessa?

Quantum Fields: The Real Building Blocks of the Universe - with David Tong (Kesäkuu 2019).

Anonim

Muutamia ihmisiä, jotka tuntuvat melkein samanlaisilta käsitteiltä, ​​ovat uskoneet uskovan, että johtajien elektronit kulkevat samalla nopeudella kuin valo. Luuletko todellakin, että jos joku sammuttaa samanaikaisesti lasersäteen maapallosta Marsin ilmaisimeen ja kulkee sähköä multimillionmittaisen langan kautta, joka yhdistää akun maapallon ja polttimon Marsin päälle, niin ilmaisin ja polttimo syttyy samaan aikaan?

Onko auringon säteilyvalo ja johtimet kulkevat samalla nopeudella? (Kuvapankki: Pixabay.com)

Miksi elektronit eivät voi kulkea valonopeudella

Elektroni ei voi voittaa kisaa tyhjiössä, puhumattakaan kapellimestarin sisällä. Elektroni ei voi kulkea yhtä nopeudella kuin valo yksinkertaisesta syystä, että se on massa. Valo on maailmankaikkeuden nopein asia, koska se on massaton; se ei kuljeta mukanaan mitään matkatavaraa ja sillä ei ole mitään hitautta, joka estää sen liikettä.

Valo on maailmankaikkeuden nopein asia, koska se on massaton. (Valokuvauskirje: Pexels)

Elektronin massa voi olla naurettavan pienikokoinen, mutta se riittää estämään partikkelia kulkemasta 300 miljoonalla m / s: lla. Itse asiassa, kun jätetään huomiotta fotoni, sillä se on massaton, elektroni ei ole edes kevyin hiukkanen, jonka olemme vielä löytäneet; tämä otsikko kuuluu neutrinoon. Elektroni on lähes 5, 00000 kertaa massiivisempi kuin neutrino.

Sähkönopeudet

Yksittäisen elektronin nopeus on sen nopeus törmäysten välillä. Kuinka paljon aikaa elektron vie matkaamaan ehkä yhden nanometrin? Yksittäisen nopeuden mitataan olevan miljoonan metrin sekunnissa. Kuitenkin, koska niiden liike on satunnaista, kaikki elektronit kaivaavat eri nopeutta.

Keskimääräinen tai Drift Velocity

Jotkut elektronit kulkevat erittäin nopeasti, kun taas toiset eivät. On selvää, että keskimäärin on paljon alle miljoona metriä sekunnissa. Kuitenkin on hämmästyttävää, että nopeuksien keskiarvot katapultivat desimaalipilkun vasemmalle etäisyydelle, jota ei olisi edes kuvitellut. Elektronien ajautumisnopeus kuparilangalla, jonka poikkipinta-ala on 3, 00 x 10 -6 m 2 ja jossa on 10A-virta, on noin 2, 5 x 10 -4 m / s tai neljäsosa millimetristä sekunnissa!

Drift-nopeus kasvaa DC-jännitteen kasvulla, mutta se pysyy vakiona joko vaihtovirta-arvon pienentyessä tai nousuna

.

jatkuvasti vähäpätöisiä. AC-virran ajautumisnopeus on sata-tuhat kertaa pienempi kuin DC-virran ajautumisnopeus. Kun edellä mainittu kuparilanka oli 250 mikrometriä sekunnissa DC-virran mukana, se olisi 0, 25 mikrometriä sekunnissa samalle langalle, jossa on vaihtovirta.

Eikä kosketuspiste tai kytkin, jonka läpi elektronit päästävät itseensä, on pidempi kuin 0, 25 mikrometriä. Muista, että elektronit, jotka muodostavat AC-virran, toisin kuin DC-virran muodostavat, eivät liikkuu lineaarisesti eteenpäin vaan vaihtovat terminaalien väliin; jos ne vuorottelevat 0, 25 mikrometriä sekunnissa, eivät sitten paradoksaalisesti pääse piiriin ollenkaan?

Signaalin nopeus

(Valokuvauskirje: Pixabay)

On totta, että sähkömagneettiset aallot etenevät valonopeudella; Itse itse valo on sähkömagneettinen aalto. Sähkömagneettisen aallon nopeus vaihtelee kuitenkin sen väliaineen ominaisuuksien mukaan, missä se kulkee. Aallot, joita elektronit säteilevät, matkustavat 300 miljoonalla metrillä sekunnissa tyhjiössä, mutta ne kulkisivat samalla nopeudella johtimessa vain, jos sen rakenne tai geometria sallii.

Aallot tai signaali, jota kutsutaan signaaliksi, voivat kulkea 50-90% valonopeudesta riippuen siitä, siirtyvätkö elektronit "huonoon" tai "hyvä" johtimeen. Jos elektronit kirjaimellisesti ajelehtivat täydentämään piiriä, miten makuuhuoneessa oleva lamppu syttyy lähes hetkellisesti? No, koska sähkömagneettisten aaltojen tai signaalin vaikutus etenee, ei valonopeudella vaan nopeudella, joka on riittävän suuri, jotta se tuntuu siltä, ​​että se on yhtä tehokas. Tästä syystä rotu ei voi päättyä solmuun; fotoni tulee aina esiin voitokkaana.

Ajattele sitä näin: kuva jonneksi häpeällisesti kärsimättömiä ihmisiä, jotka innokkaasti kiinnostuvat paikkoihinsa. Yhtäkkiä viimeinen jono-osapuoli päättää työntää edessä olevan henkilön, joka sitten työntää sen eteen ja niin edelleen. Painaminen tai signaali "kulkee" hetkellisesti, mutta henkilö tai elektroni itse eivät. Jos ihmiset olivat jonotettuina tulossa ovelle, lisätty työntö ilmeisesti päätyisi oven eteen. Ensimmäinen työntölaite olisi kuitenkin vielä paljon jäljessä. Ihmiset jatkavat innokkaasti kiinnostusta, samoin kuin yksittäiset elektronit vetävät suuria nopeuksia. Jono keskimäärin kuitenkin siirtää eteenpäin tylsää vauhtia.