แรงดันไฟฟ้าเป็นความเร็วของอิเล็กตรอนหรือไม่?

กระแสไฟฟ้าคือจำนวนอิเล็กตรอนที่ผ่านเส้นลวด เราสามารถพูดได้ว่าแรงดันไฟฟ้าคือความเร็วของอิเล็กตรอน

แรงดันไฟฟ้าเป็นความเร็วของอิเล็กตรอนหรือไม่?

ไม่มันไม่ใช่ความเร็วของอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ภายในตัวนำ

หน่วยแรงดันคือพลังงานศักย์ต่อประจุ :

ตัวอย่าง...

ลองนึกภาพว่าเรามีลูกของมวลM = 10 กก.

ลูกบอลนี้อยู่ในเขตอนุรักษ์ความโน้มถ่วง ( เขตความโน้มถ่วงของโลก) หากเราต้องการยกมันขึ้นสูง 1 เมตรเราต้องจัดหาพลังงานจำนวนXซึ่งให้ความเร็วเพียงพอที่จะเคลื่อนที่ลูกบอล 1 เมตรเหนือพื้นผิวของมัน

เราจะให้ลูกบอลพลังงานจำนวนนี้ในแง่ของพลังงานจลน์ (ความเร็ว) ดังนั้นเราจึงโยนลูกบอลขึ้นด้วยความเร็วและเมื่อลูกบอลเคลื่อนที่ขึ้นความเร็วจะลดลง และพลังงานที่มีศักยภาพจะเพิ่มขึ้นจนกว่าจะหยุดและพลังงานจลน์ทั้งหมดจะถูกแปลงเป็นพลังงานที่มีศักยภาพ

ภาพต่อไปนี้แสดงปริมาณพลังงานที่อาจเกิดขึ้นสำหรับลูกบอลมวลM = 10 กก.ที่ระดับความสูงต่างกันเหนือระดับน้ำทะเล

แต่ถ้าเราต้องการสร้างสเกลทั่วไป
สำหรับลูกบอลใด ๆ ของมวลใด ๆ ที่ความสูงใด ๆ เราสามารถรับพลังงานได้ทุก ๆ1 กิโลกรัม (พลังงานต่อมวล):

ตอนนี้เราสามารถพูดได้ว่าที่ความสูง3 เมตรเหนือระดับน้ำทะเลวัตถุใด ๆ ของมวลXจะมีปริมาณพลังงานเท่ากับ29.4 จูลต่อมวล 1 กิโลกรัม เพราะนี่คือแผ่นดินของสนามแรงโน้มถ่วง

แรงดันไฟฟ้าหรือศักย์ไฟฟ้าเป็นปริมาณของพลังงานที่มีศักยภาพ (จูล) ว่า "ร่างกายเรียกเก็บเงิน" ภายในสนามไฟฟ้าจะมีสำหรับทุก1 คูลอมบ์ของค่าใช้จ่ายไฟฟ้าในนั้น

แรงดันไฟฟ้าเป็นสมบัติของสนามไฟฟ้า

สนามไฟฟ้ามีพฤติกรรมคล้ายสนามโน้มถ่วงเล็กน้อย วัตถุในสนามโน้มถ่วงถูกดึงเข้าหากัน วางหินลงในสนามโน้มถ่วงและมันจะเร่งความเร็วลงโดยรับพลังงานจากสนาม

สนามไฟฟ้าที่ไม่เหมือนสนามโน้มถ่วงมีขั้วไฟฟ้า วางอิเล็กตรอนในสนามไฟฟ้าและจะเร่งในทิศทางของประจุบวก อิเล็กตรอนไม่ได้มีแรงดันไฟฟ้าก็มีค่าใช้จ่าย: คูลอมบ์$1.6×10^{−19}$

แรงที่ใช้กับอิเล็กตรอนนั้นขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าของด้านบวกและด้านลบของสนามและระยะห่าง

นั่นคือทั้งหมดในพื้นที่ว่าง สิ่งที่เกี่ยวกับภายในลวด สถานการณ์มีเหมือนหลอดที่เต็มไปด้วยลูกบอลมากกว่าพื้นที่ว่าง ใช้แรงกับลูกบอลที่ปลายด้านหนึ่งและมันจะผลักลูกบอลที่ปลายอีกด้านหนึ่ง ใช้แรงดันไฟฟ้ากับสายไฟและอิเล็กตรอนจะเคลื่อนย้ายออกไปทำให้แรงดันออกมาที่ปลายด้านบวก ปริมาณแรงที่ใช้สอดคล้องกับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับสายไฟ

สิ่งสำคัญเกี่ยวกับรุ่นนี้คือแรงเดินทางเร็วกว่าลูกบอล / อิเล็กตรอนที่ส่งมัน - มันไม่จำเป็นต้องใช้ลูกบอล / อิเล็กตรอนในการผ่านมันแค่ต้องการให้มันดันเพื่อนบ้าน

ใช้สถานการณ์เรียลไทม์

เราสามารถเอาน้ำมาเปรียบเทียบได้

ให้พิจารณาถังเหนือศีรษะและก๊อกน้ำที่จ่ายจากถังเหนือศีรษะ

ตอนนี้

เมื่อใดก็ตามที่เปิดน้ำประปาจะผ่านการแตะนี้

ปริมาณของน้ำซึ่งเป็นที่ที่ผ่านมาทางเทียบเท่ากับปัจจุบัน

สิ่งที่แรงดันกำลังมานั่นคือแรงดัน

ไม่แรงดันคือ "พลังงานศักย์" ที่มอบให้กับอิเล็กตรอน ราวกับว่าคุณกำลังหยิบก้อนหินขึ้นมา จนกว่าคุณจะไม่เชื่อมต่อโหลดอิเล็กตรอนจะไม่ไปไหน

ถ้าคุณปล่อยให้มันตกลงไปในหิน (หรือเชื่อมต่อตัวต้านทานที่แหล่งจ่ายไฟของคุณ) พลังงานจะย้ายหิน (อิเล็กตรอน)

แรงดันไฟฟ้าเป็นความเร็วของอิเล็กตรอนหรือไม่?

ไม่

แรงดันไฟฟ้าเป็นเครื่องวัดปริมาณพลังงานที่ถูกส่งไปยังประจุ ที่พื้นฐานที่สุดอิเล็กตรอน (ประจุพื้นฐาน) จะให้ค่า 1.602 × 10 × ¹⁹จูลเมื่อเคลื่อนที่ผ่านความต่างศักย์ไฟฟ้าหนึ่งโวลต์ จากนั้นอิเล็กตรอนจะถูกกล่าวว่ามีพลังงาน 1 อิเล็กตรอนโวลต์

แรงดันคือพลังงานหารด้วยประจุ

คุณสามารถเริ่มต้นด้วยพลังงานและทวีคูณตามเวลาเพื่อรับพลังงาน:

พลังงาน = พลังงาน×เวลา = V ⋅ I ×เวลา

ตอนนี้แทนที่Q (ชาร์จ) สำหรับเวลา×ปัจจุบันและคุณจะได้รับ:

พลังงาน = V ⋅ QหรือV = พลังงาน/ Q

นี่เป็นคำถามทางฟิสิกส์จริง ๆ ฉันไม่เชื่อว่ามีวิธีการทดลองในขอบเขตของวินัยวิศวกรรมไฟฟ้าเพื่อตอบคำถามนี้อย่างน่าเชื่อถือ

ต้องบอกว่าเป็นที่เชื่อกันโดยทั่วไปว่าความเร็วของอิเล็กตรอนในตัวนำที่มีกระแสการไหลค่อนข้างช้าเมื่อเทียบกับความเร็วของแสง สิ่งนี้มักเรียกกันว่า "ความเร็วดริฟท์" ของอิเล็กตรอน อย่างไรก็ตามผลของแรงดันและกระแสไฟฟ้าที่มีต่ออิเลคตรอนจะแพร่กระจายผ่านตัวนำที่เกือบความเร็วของแสง การเปรียบเทียบปกติคือท่อที่เต็มไปด้วยหินอ่อน หากคุณกดหินอ่อนที่ปลายด้านหนึ่งของท่อหินอ่อนที่ปลายอีกด้านจะได้รับแรงกระแทกเกือบทันทีแม้ว่าจะไม่มีหินอ่อนลูกกลางที่เคลื่อนที่

แรงดันคือแรงดันที่ผลักอิเล็กตรอนไปรอบ ๆ วงจร มันไม่ได้พูดอะไรเกี่ยวกับความเร็วของพวกมัน หากคุณใช้แบตเตอรี่ 1.5V และไม่เชื่อมต่อกับอะไรแสดงว่ายังมีแบตเตอรี่ 1.5V อยู่แม้ว่าจะไม่มีอิเล็กตรอนไหลอยู่ก็ตาม

นอกจากนี้แรงดันคือความแตกต่างของแรงดันระหว่างสองจุด คุณสามารถวัดแรงดันไฟฟ้าระหว่างจุดหนึ่งและจุดอื่นเท่านั้น นั่นเป็นสาเหตุที่เรียกว่า "ความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น"

เป็นไปได้ในการคำนวณความเร็วอิเล็กตรอนเฉลี่ยหากคุณรู้กระแสคุณสมบัติทางกายภาพของเส้นลวด (โดยเฉพาะพื้นที่หน้าตัด) และคุณสมบัติของวัสดุที่ทำจากลวด (ระยะห่างระหว่างอะตอมและจำนวนเท่าไร อิเล็กตรอนอิสระมีต่ออะตอม)

ไม่แรงดันไฟฟ้าไม่ได้เป็นความเร็วของอิเล็กตรอนผ่านสาย แต่ปัจจุบัน (เกือบ) คือ

คุณพูดว่า "กระแสคือปริมาณอิเล็กตรอนที่ผ่านเส้นลวด" แต่นี่ไม่ถูกต้องนัก กระแสไฟฟ้าคือจำนวนประจุไฟฟ้า (อิเล็กตรอน) ที่ไหลผ่านตัวนำต่อหน่วยของเวลา แอมแปร์ , หน่วยของเราวัดสำหรับในปัจจุบันถูกกำหนดให้เป็น 1 คูลอมบ์ของค่าใช้จ่ายไฟฟ้าต่อวินาที ปัจจุบันคือค่าอัตรา

สำหรับการเปรียบเทียบท่อน้ำนั้นประจุ (คูลอมบ์) นั้นคล้ายคลึงกับปริมาตรของน้ำ (แกลลอน) กระแส (แอมป์) คล้ายกับอัตราการไหลของน้ำ (แกลลอนต่อนาที) และแรงดันไฟฟ้านั้นคล้ายกับแรงดันน้ำ ไหล.

แรงดันไฟฟ้าไม่ใช่สมบัติของอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนเป็น 'วิชา' ตามที่เป็นอยู่ แรงดันไฟฟ้า (หรือความต่างศักย์) คือ 'ความสามารถ' ในการขนส่งประจุ ในอิเล็กทรอนิคส์ค่าใช้จ่ายนี้จะดำเนินการโดยอิเล็กตรอน แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นสามารถนำอิเล็กตรอนได้มากขึ้นทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้น
อีกวิธีในการดูคือแรงดันไฟฟ้าคือปริมาณพลังงานศักย์ที่อิเล็กตรอนได้รับหรือสูญเสียโดยการเดินทางจากศักยภาพหนึ่งไปยังอีกศักยภาพหนึ่ง ด้วยวิธีนี้แรงดันไฟฟ้าจะคล้ายกับพลังงานศักย์ในจลนศาสตร์ - ถ้าฉันยกลูกบอลสมบัติของลูกบอลจะไม่เปลี่ยน แต่จะได้พลังงานที่มีศักยภาพ

ถ้าอิเล็กตรอนเป็นหินอ่อนแรงดันก็เหมือนความสูงของความชันที่หินอ่อนนั้นอยู่ที่ส่วนบนสุดของ

มันอาจเป็นความชันที่สูงมาก - สูงเป็นไมล์ มันอาจจะเพิ่มขึ้นเล็กน้อย - เพียงไม่กี่เซนติเมตร นั่นคือสิ่งที่กำหนดโดยแรงดันไฟฟ้า

ความเร็วของอิเล็กตรอนขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของเส้นลวด นอกจากนี้ยังขึ้นอยู่กับจำนวนของอะตอมอิสระในตัวนำ

คิดเหมือนการดันทรายผ่านหิน ยิ่งก้อนหินมีความหนาแน่นมากเท่าไหร่ก็จะยิ่งทำให้เม็ดทรายผ่านไปได้ยากขึ้นเท่านั้น

ยิ่งมีทราย (อิเล็กตรอนอิสระ) มากเท่าไหร่คุณก็จะต้องผลักทรายในระยะทางที่เท่ากัน

สำหรับรายละเอียดคุณอาจอ่านเกี่ยวกับความเร็วดริฟท์ความเร็วของดริฟท์ความเร็วที่แท้จริงของอิเล็กตรอนในตัวอย่างนั้นมีเพียง 23µm / s เท่านั้น

ในความเป็นจริงแรงดันไฟฟ้าจะมีผลต่อความเร็วของอิเล็กตรอน : ในสูตรที่กำหนดแทนที่ฉันด้วย U / R และคุณจะเห็นว่าความเร็วจะเพิ่มขึ้นตามแรงดันไฟฟ้า

มีข้อมูลที่ดีมากมายที่นี่เพื่อหวังว่าจะตอบคำถามของคุณให้ชัดเจน

แรงดันไฟฟ้าสามารถพิจารณาได้ว่าเป็นความแตกต่างของพลังงานระหว่างสองจุดภายในเครือข่าย (ความต่างศักย์), คิดถึงแรงดันตกคร่อมตัวต้านทาน แตกต่างกันที่ปลายแต่ละด้านเนื่องจากพลังงานกระจายไปทั่วตัวต้านทาน

หากสถานที่ของคุณที่จะต้องพิจารณาแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับวงจร (EMF, แรงเคลื่อนไฟฟ้า) อาจถือได้ว่าเป็นแรงดันที่บังคับให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านวงจร

บันทึกเกี่ยวกับการไหลของอิเล็กตรอน

แบบแผนนี้ถูกนำมาใช้เพื่อให้กระแสนั้นเคลื่อนที่จาก + เป็น - อย่างไรก็ตามการไหลของอิเล็กตรอนนี้คือ - ถึง + แน่นอนว่าสูตร ฯลฯ จะทำงานร่วมกับการประชุมนี้โดยปกติเราไม่สนใจเรื่องการไหลของอิเล็กตรอนเว้นแต่ว่าเราจะเข้าไปในสารกึ่งตัวนำ แต่สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าจริง ๆ แล้วมันไหลจาก - เป็น + (อิเล็กตรอนเป็นผู้ให้บริการประจุลบ)

ฉันหวังว่าสิ่งนี้พร้อมกับความคิดเห็นอื่น ๆ จะช่วยได้ โทนี่

ไม่คำตอบที่ง่ายที่สุดคือแรงดันคือความหนาแน่นของอิเล็กตรอน นั่นคือ "ความกดดัน" ที่จำเป็นในการผลักดันพวกเขาให้เข้ากับแรงผลักดันที่น่ารังเกียจของพวกเขา แน่นอนว่าสิ่งนี้มีความซับซ้อนโดยปัจจัยอื่น ๆ เช่นสื่อที่พวกมันเคลื่อนไหว