Voltaj elektronların hızı mı?

27

Akım, bir telden geçen elektronların miktarıdır. Voltajın elektronların hızı olduğunu söyleyebilir miyiz?

voltage terminology electron

— Sadık
kaynak

8

Gerilim, akımı çalıştıran basınç gibi bir şeydir. Hız, elektronların hızı (mm / s cinsinden hareket eder) değil, elektrik alanın hızıdır (daha çok ışık hızı gibi).

— Transistör,

1

Voltaj, elektronların basıncına benzer.

— user253751

2

elektronlar eşitlenmeyi ister (daha kesin olarak birbirlerini ittiklerini söyler). bir demetini tek bir yere yığarsanız ve yanlarında yoksanız, gerçekten boş yere taşınmak isteyeceklerdir. bir noktada onların varlığı ile diğerinin yokluğunda arasındaki fark ne kadar büyük olursa, o kadar fazla hareket etmek isteyeceklerdir. "Hareket etmek istemek" voltajdır (diğerleri dediği gibi basınç). eğer bu "hareket etmek istemek" yeterince güçlenirse, şarj normalde yapamayacağı bir şey boyunca, havada bir yıldırım cıvatası gibi hareket edebilir.

— Dave Cousineau,

4

Akım, telden geçen elektronların miktarı değildir. Bunun yerine, birim zamanda telden geçen şarj miktarıdır.

— nidhin,

2

Vakum tüpleriyle , özellikle de röntgen tüpüyle ilgilenebilirsiniz . Katot ve anot arasındaki voltaj, elektronları voltaj * elektron yükü enerjisine hızlandırır. Ayrıca 1 A = 1 C / s iken 1 V = 1 J / C iken, yani akım zaman başına şarjı belirtirken (belirttiğiniz gibi), voltaj basitçe size sahip olduğunuz enerjiyi verir .

— Tobias Kienzler

36

Voltaj elektronların hızı mı?

Hayır, iletken içinde hareket eden elektronların hızı değil.

Voltaj birimi, şarj başına potansiyel enerjidir :

Bir örnek...

Biz var düşünün topu kütlesi içinde M = 10 kg .

Bu top muhafazakar bir çekim alanında (Dünya'nın çekim alanı) var. 1 metre yüksekliğe çıkarmak istiyorsak, - bir şekilde - topa yüzeyinin 1m yukarısında hareket etmek için yeterince hız veren X miktarında bir enerji vermeliyiz .

Topa kinetik enerji (hız) cinsinden bu miktarda enerji vereceğiz . Böylece topu bir miktar yukarı doğru fırlatırız ve top yukarı doğru hareket ettikçe hızı düşer; ve potansiyel enerjisi duruncaya kadar artar ve tüm kinetik enerji potansiyel enerjiye dönüşür.

Aşağıdaki resim deniz seviyesinden farklı yüksekliklerde M = 10 kg kütleli bir top için potansiyel enerji miktarını göstermektedir :

Peki ya genel bir ölçek oluşturmak istiyorsak?
İsteğe bağlı kütlelerin toplarında, herhangi bir yükseklikte, içindeki her 1 kg için enerji miktarını alabiliriz (kütle başına enerji):

Şimdi, deniz seviyesinden 3 metre yükseklikte, X kütlesinin herhangi bir nesnesinin, her 1 kg kütle için 29.4 joule eşit miktarda enerjiye sahip olduğunu söyleyebiliriz . Bu, dünyanın yerçekimi alanına bağlıdır .

Voltaj veya elektrik potansiyeli , bir elektrik alanı içindeki herhangi bir "yüklü gövdenin" içerisindeki her 1 elektrik yükü için sahip olacağı potansiyel enerji (joule) miktarıdır .

— Elbehery
kaynak

Bir potansiyel enerji eklemek olabilir etmez bir (boşaltılmış) katot ışınlı bir tüpte, örneğin, sadece çok az "bir sürtünme", var ise, doğrudan kinetik enerjiye dönüşür. Bir elektronun kinetik enerjisi gerçekte "elektron volt", eV cinsinden ölçülür, eV, elektronun 1 Volt'luk potansiyel bir farktan geçerken kazandığı veya kaybettiği enerjidir.

— Peter - Monica'yı yeniden yerleştirme

O izole değil mi? Çünkü V = I / R ile bir V artışı da bir I artışına neden olur. Dolayısıyla, coulombların sayısı da aynı miktarda artar.

— Cojones

28

Gerilim, elektrik alanın bir özelliğidir.

Bir elektrik alanı yerçekimi alanı gibi biraz davranır. Yerçekimi alanındaki nesneler bir araya getirilir. Yerçekimsel bir alana bir taş düşürün ve alandan enerji alarak aşağı doğru hızlanacaktır.

Elektrik alanları, yerçekimi alanlarının aksine, kutuplara sahiptir. Bir elektronu bir elektrik alanına bırakın ve pozitif yük yönünde hızlanacaktır. Elektronun voltajı yoktur, şarjı vardır: coulomb'lar . $1.6×10^{−19}$

Elektrona ne kadar kuvvet uygulanacağı, alanın pozitif ve negatif taraflarının voltajına ve aralarındaki mesafelere bağlıdır.

Hepsi boş alanda. Peki ya telin içinde? Durum, boş bir alandan ziyade toplarla dolu bir tüpe benzer. Bir ucunda topa kuvvet uygulayınca topu diğer ucundan dışarı itin. Bir kabloya voltaj uygulayın, elektronlar hareket ederek pozitif ucunda olanı zorlar. Uygulanan kuvvet miktarı, tel için uygulanan gerilime karşılık gelir.

Bu model ile ilgili en önemli şey, kuvvetin onu ileten bilyelerden / elektronlardan çok daha hızlı hareket etmesidir - bir top / elektronun başından sonuna kadar gitmesini gerektirmez, sadece komşularını ittirmesini gerektirir.

— pjc50
kaynak

Bu iyi bir benzetmedir, ancak elektronların pozitif taraftan değil negatif taraftan aktığını not etmek önemlidir.

— DerStrom8

Üzgünüm, orada benim tarafımdan yetersiz etiketleme: bir DC güç kaynağınız varsa, elektronlar kabloyu pozitif tarafına bağlı bırakacak ve güç kaynağına girecektir.

— pjc50

Gerilim kuvvetle ilgili değildir (= enerji / yer değiştirme). Gerilim, enerji potansiyelindeki farkla ilgilidir . Bu, yük ile çarpılarak kuvvet üreten alan kuvvetidir.

— Incnis Mrsi

5

Gerçek zamanlı bir senaryo atın,

Suyu analoji olarak alabiliriz.

Bir genel tank ve bu genel tanktan temin edilen bir su musluğunu düşünelim.

Şimdi,

Bir musluk suyu açtığınızda bu musluktan su gelecektir.

Su miktarı üzerinden gelen bir eşdeğerdir akım

Hangi basınç geliyorsa, bu voltajdır

— Photon001
kaynak

7

Bu analojinin sorunu, daha yüksek basınçta suya daha yüksek bir hız kazandırmasıdır, bu nedenle sorucunun karışmasının nedeni budur - bu, suyun popüler elektrik analojisinin çöktüğü yerlerden biridir. Çok dikkatli bir şekilde bakmadığınız sürece, elektriğin birçok yönünü keşfetmenin iyi ve sezgisel bir yolu.

— talrnu

Evet @talrnu, hızı düşünürsek kafamız karışır. Kesin elektrik analojisi değil, sadece gerilim ve akımın ne olduğunu kolayca kavramak için su basıncı ve miktarının iki fenomenini

— aldım

1

Kabul ediyorum, bu cevap sorunlu çünkü akan suyun hızı basınçla artarken, bir elektronun belirli bir ortamdan yayıldığı hız "basınç" (voltaj) arttırılsa bile sabit. OP'nin asıl sorduğu şey , durumun neden böyle olduğunu düşünüyorum .

— 16'da

4

Hayır, voltaj elektronlara verilen "potansiyel enerji" dir. Bir taşı alıp kaldırıyormuş gibi. Yük bağlamadığınız sürece elektron hiçbir yere gitmez.

Taştan düşmesine izin verirseniz (veya gerilim kaynağınıza bir direnç bağlayın), enerji taşı (elektronlar) hareket ettirin.

— Antonio
kaynak

3

Voltaj elektronların hızı mı?

Yok hayır

Gerilim, şarj için ne kadar enerji iletildiğinin bir ölçüsüdür. En temelde, bir elektrot (temel yük) bir voltluk bir elektrik potansiyel farkından hareket ettirildiğinde 1.602 × 10 ⁻¹⁹ joule verilir. Daha sonra bir elektronun 1 elektron volt enerjisine sahip olduğu söylenir.

Yani voltaj, enerjinin yüke bölünmesidir.

Enerji ile başlayabilir ve enerji elde etmek için zamanla çarpabilirsiniz:

Enerji = Güç × zaman = V ⋅ I × zaman.

Şimdi geçerli × zamanın yerine Q (şarj) koyun ve şunları elde edin:

Enerji = V ⋅ Q veya V = Enerji / S .

— Andy aka
kaynak

2

Bu aslında bir fizik sorusu. Bu soruyu güvenilir bir şekilde cevaplamak için elektrik mühendisliği disiplini içinde deneysel bir yöntem olduğuna inanmıyorum.

Bunu söylerken, akım akışını ileten bir iletkendeki elektronların hızının, ışık hızına kıyasla aslında oldukça yavaş olduğuna inanılmaktadır. Bu genellikle elektronların "kayma hızı" olarak adlandırılır. Bununla birlikte, voltaj ve akımın elektronlar üzerindeki etkileri, iletkenden neredeyse ışık hızında yayılır. Her zamanki benzetme mermer ile doldurulmuş bir borudur. Mermeri borunun bir ucuna iterseniz, diğer ucundaki mermer, ara mermerlerden hiçbiri hareket etmese de itmeyi neredeyse anında deneyimleyecektir.

— FiddyOhm
kaynak

2

"Neredeyse ışık hızı" nın doğru ifade olup olmadığından emin değil - sıradan bir PCB'de ve ortak koakside 2/3 oranında.

— pipe,

Pipe Bence fark, tek bir elektronun ışığın hızının yarısında hareket edebileceği, ancak topun bir tüp benzetmesi olduğu düşünüldüğünde, ilk topa itme ve son topun düşmesi arasındaki tepki süresinin neredeyse anında olduğunu düşünüyorum. (ışığın hızına yaklaşıyor).

— DerStrom8

2

@ DerStrom8 Hayır, cevap süresi, PCB ve kablolardaki dielektrik tarafından yavaşlatılan sinyal hızıdır. Çıplak bir telde sadece ışık hızına yaklaşır. Tek bir elektron ışık hızının yarısından çok daha yavaş hareket eder.

— pipe

Hmm, ikna olmadım ama tartışmayacağım. Fizik dersi çok uzun zaman önceydi = P

— DerStrom8

1

@IncnisMrsi Gerçekten, onu hesaplarken, 300K'da 1.08E5 m / s gibi daha fazla alıyorum.

— Spehro Pefhany

2

Voltaj, elektronları bir devrenin etrafına iten basınçtır. Hızları hakkında hiçbir şey yazmıyor. 1,5V'luk bir pil alırsanız ve hiçbir şeye bağlamazsanız, hiçbir yerde elektron akmasa da hala 1.5V bulunur.

Ayrıca, voltaj iki nokta arasındaki basınç farkıdır. Sadece bir nokta ile diğer arasındaki voltajı ölçebilirsiniz. Bu yüzden “potansiyel fark” olarak da adlandırılır.

Akımı, kablonun fiziksel özelliklerini (özellikle kesit alanı) ve kablonun yapıldığı malzemenin özelliklerini (atomlar arasındaki boşluk ve kaç tane) biliyorsanız, ortalama elektron hızını hesaplamak mümkündür. serbest elektronlar atom başınadır).

— Simon B
kaynak

Baskı hakkında konuşmayacağım. Bu gerçekten farklı bir kavram, IMHO.

— Antonio,

2

@Antonio Basınç ve voltaj, aynı değilse, çok benzer kavramlardır.

— endolith

@ endolith, şimdi fizik profesörüm mezara dönüyor olabilir. :-)

— Antonio,

1

@Antonio Bir dinamo ekleyin ve biraz gerilim oluşturun: D

— endolith

1

@endolith Her zaman akım ve voltaj için su akışı ve basıncı analoji olarak kullanırım. KCL ve KVL mükemmel çalışıyor.

— winny

2

Hayır, voltaj, elektronların tel üzerinden hızı değil, akımdır (neredeyse).

"Akım telden geçen elektronların miktarıdır" dedin, ama bu tam olarak doğru değil. Akım, zaman birimi başına bir iletkenden geçen elektrik yükü (elektronlar) miktarıdır. Amper akım ölçü eden birim, 1 olarak tanımlanır coulomb saniyede elektrik yükünün. Akım bir oran değeridir.

İçin su borusu benzer şekilde , şarj (coulomb) su hacmi (galon), akım (amper) 'ye benzer olan suyun hızı (dakika başına galon) akmasına benzerdir, ve gerilim neden olan su basıncı benzerdir akış.

— Ben Miller - Monica'yı yeniden kur
kaynak

2

Akım, elektronların telden geçen hızı değil , geçtiği hızdır . Kanal daha genişse, aynı akımı üretmek için daha yavaş akarlar.

— endolith

@endolith Hız, oran, yeterince yakın. :) İfadeleri biraz değiştirdim. Daha iyi? Mesele şu ki, zaman içinde OP'nin sormakta olduğuna inandığım değişiklik bu.

— Ben Miller - Monica’yı yeniden

Evet daha iyi. :)

— endolith

1

@JohnPeters Akımın "elektrik miktarı" olduğunu söylemenin biraz basit olduğunu düşünüyorum. Akım, zaman içindeki bir noktadan geçen elektrik yükü miktarıdır. Bu anlamda, ücretin (veya isterseniz hızı) ücrettir.

— Ben Miller - Monica'yı yeniden

1

@JohnPeters Elektriğin hızı nedir? iletkendeki elektronların hızı mı yoksa voltaj değişim hızı mı?

— Crowley,

1

Voltaj elektronların bir özelliği değildir. Elektron, olduğu gibi 'özne' dir. Bir voltaj (veya potansiyel fark), belirli bir yükü taşıma yeteneğidir. Elektronikte, bu yük genellikle elektronlar tarafından taşınır. Daha yüksek bir voltaj daha fazla elektron taşıyabilir, bu nedenle daha yüksek bir akımı indükleyebilir.
Buna bakmanın başka bir yolu, voltajın bir elektronun bir potansiyelden diğerine potansiyel olarak geçerek kazandığı veya gevşettiği potansiyel enerji miktarıdır. Böylelikle, kinetikteki voltaj, potansiyel enerjiye çok benzer - bir topu kaldırırsam, topun özellikleri değişmez, ancak potansiyel enerji kazanır.

— RJR
kaynak

İyi bir başlangıç, ama çok geçmeden derinden sıçradı. Hiç süper iletkenleri duydunuz mu? Voltajın “taşıma kabiliyeti” ile ilgisi yoktur. Gerilim, yerine, taşınan bir yük birimi için enerji çıkışıdır.

— Incnis Mrsi

1

Bir elektron mermerden biriyse, Voltaj, mermerin tepesinde olduğu eğimin yüksekliğine benziyor.

Çok yüksek bir yamaç olabilir - mil yüksekliğinde. Küçük bir yükseliş olabilir - sadece birkaç santimetre. Gerilim tarafından belirlenen budur.

— Euan M
kaynak

1

Bu analojinin diğer ilgili kavramlar için de harika bir alternatif haline gelebileceğini düşünüyorum. Voltaj yüksekliği ise, tepe açısı nedir? Belki direnç, çimen veya çamurla temsil edilebilir. Sonra mermer sayısını, (yükseklik ve karşılık gelen elektrik kavramlar olduğu gibi açıyla ilişkili kılacak) tabana tepeden yatay mesafe ... var

— Dan Henderson

Katılıyorum, ama ben kötü internet atm. :-)

— Euan M,

0

Elektronların hızı, telin yoğunluğuna bağlıdır. Ayrıca, iletkendeki serbest atomların sayısına da bağlıdır.

Kumları taşların arasından geçirmek gibi düşünün. Taşlar ne kadar yoğunsa, kumu zorla ilerledikçe zorlaşır.

İçerindeki kum (serbest elektronlar) ne kadar fazlaysa, diğer ucunda aynı miktarda kum bırakması için daha az mesafeye ihtiyacınız olacaktır.

Ayrıntılar için, kayma hızı hakkında okuyabilirsiniz . Örnekteki bir elektronun gerçek hızı, 23 µm / s kadar azdır.

Gerçekte, voltaj elektronların hızını etkileyecektir : verilen formüldeki I / U ile değiştirin ve hızın voltajla birlikte arttığını göreceksiniz.

— Thomas Weller
kaynak

0

Sorunuzu açıklığa kavuşturmak için burada pek çok güzel bilgi var.

Gerilim, bir ağ içindeki iki nokta arasındaki enerji farkı (potansiyel fark) olarak düşünülebilir, bir dirençten geçen gerilimi düşünün. Direnç boyunca dağıtılan güç nedeniyle her iki uçta farklı.

Devreye besleme gerilimini (EMF, elektromotor kuvveti) nerelere göre düşünürseniz, devre boyunca basınç zorlama akımı olarak düşünülebilir.

elektron akışı hakkında bir not

Sözleşme, akımın + 'dan -' a hareket ettiği, ancak bu elektron akışının - 'ya + olduğu şeklinde kabul edildi. Elbette ki formüller vb. Bu konvansiyonla çalışacaktır, çünkü yarı iletken malzemelere dahil olmadıkça, genellikle elektron akışını umursamıyoruz, ancak gerçekte - ila + (elektronun negatif yük taşıyıcı olması) aktıklarını hatırlamak önemlidir.

Umarım bu diğer yorumlar ile birlikte yardımcı olur. Tony

— Tony GR
kaynak

Elektron ne zorunlu olarak ne de genellikle “+ dan -” ye hareket eder. Bu enerjiyi kazanır + 'ya - hareketli.

— Incnis Mrsi

@Tony. “ Sözleşme, elektronların + 'dan -' a, ... ' ye taşınmasıdır. ” Hayır, sözleşme şu anki +' dan - 'a akıyor. Geleneksel devre teorisinde, gerçek yük taşıyıcıların ne olduğu veya hareketlerinin yönü umrumda değil.

— Transistör,

0

Hayır. Mümkün olan en basit cevap voltajın elektron yoğunluğudur. Bu, onları itici güçlerine karşı bir araya getirmek için gereken "baskı" dır. Tabii ki, bu, içinde hareket ettikleri ortam gibi diğer faktörlerle de karmaşıktır.

— Dirk Bruere
kaynak