Wolniej niż żółw - prędkość prądu

2024 Autor: Sherilyn Boyd | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-16 10:20

Możesz być zaskoczony, gdy dowiesz się, że elektrony przepływają przez typowy drut miedziany wolniej niż żółw chodzi.

Każdy drut, który przewodzi elektrony, wytwarzając użyteczny prąd elektryczny, składa się z miliardów atomów. Aby poruszać się wzdłuż niej, elektrony muszą przemierzać te atomy, losowo zygzakując w ich kierunku, co powoduje, że prędkość przepływu netto, zwana "prędkością dryftu", w danym kierunku jest dość powolna.

Jak bardzo dokładnie? Aby to obliczyć, używamy następującego wzoru: I = n * A * v * Q lub v = I / (n * A * Q)

I jest prądem, n jest liczbą elektronów na metr sześcienny, A jest przekrojem drutu, Q jest ładunkiem elektronu, a v jest prędkością dryftu elektronów.

Ponieważ liczba elektronów w drucie miedzianym (n) wynosi 8,5 * 10²⁸ na m³, a ładunek elektronu (Q) wynosi 1,6 * 10^-19C, jeśli znamy również pole przekroju i prąd, możemy obliczyć prędkość dryfu elektronów.

Załóżmy na przykład, że masz prąd 14 amperów i drut miedziany o przekroju 3 * 10^-6 m². Podłącz wszystkie liczby, a otrzymasz, że elektrony poruszają się z prędkością 3,4 * 10^-4 m / s - czyli około jednej trzeciej milimetra na sekundę.

Aby umieścić je w wartościach, które łatwiej jest konceptualizować, działa to do około 1,2 metra (4,1 stopy) na godzinę - tempa znacznie wolniejszego niż przeciętny żółw pudełkowy, który może pokryć około 800 stóp w tym samym czasie.

Jak to się dzieje, że coś, co jest zasadniczo wolniejsze od żółwia, może mniej lub bardziej natychmiastowo zapalić światło w pokoju?

Reakcja łańcuchowa.

Atomy w drucie są wpychane razem w policzek, a podczas gdy spowalniają ruchy, elektrony w mniejszym lub większym stopniu przylegają do siebie. Po włączeniu przełącznika, dzięki różnicy potencjałów elektrycznych generowanych przez generator, powstaje siła przemieszczania elektronów, z których każdy popycha swojego sąsiada, co z kolei popycha sąsiada i tak przez całą drogę przez drut.

Tak więc, podczas gdy żadne elektrony nie przesuwają się przez drut, aby zapalić światło, jak mogłoby się wydawać wcześniej, kończy się tak, jakby właśnie to się działo. Nie różni się to od tego, jak po włączeniu kranu woda natychmiast wypływa, mimo że źródło wody jest oddalone o wiele mil.

Fakt premiowy:

Rekord prędkości lądowej dla żółwia w zawodach został ustalony przez żółwia lamparta o imieniu Bertie, który wzniósł się na 18-stopowym torze w niecałe 20 sekund (około 0,61 mph) w 2014 roku.