La tensione è la velocità degli elettroni?

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La corrente è la quantità di elettroni che passano attraverso un filo. Possiamo dire che la tensione è la velocità di quegli elettroni?

voltage terminology electron

— sadiq
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La tensione è più simile alla pressione che guida la corrente. La velocità non è la velocità degli elettroni (che si muovono in mm / s) ma la velocità del campo elettrico (più simile alla velocità della luce).

— Transistor

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La tensione è più simile alla pressione degli elettroni.

— user253751,

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gli elettroni vogliono essere uniformati (più precisamente per dire che si respingono). se ne accumuli un mucchio in un posto e ne hai un'assenza vicino, davvero "vorranno" spostarsi nel posto vuoto. maggiore è la differenza tra la presenza di essi in un punto e l'assenza di essi nell'altro, più "vorranno" muoversi. il "voler muoversi" è la tensione (come dicevano altri, la pressione). se questo "voler muoversi" diventa abbastanza forte, la carica può viaggiare attraverso qualcosa che normalmente non sarebbe in grado di fare, come un fulmine nell'aria.

— Dave Cousineau,

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La corrente non è la quantità di elettroni che passano attraverso un filo. Invece è la quantità di carica che passa attraverso il filo per unità di tempo.

— nidhin,

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Si potrebbe essere interessati a tubi a vuoto , in particolare il tubo a raggi x . La tensione tra catodo e anodo accelera gli elettroni fino a un'energia di tensione * carica di elettroni. Si noti inoltre che 1 A = 1 C / s mentre 1 V = 1 J / C, ovvero mentre la corrente indica la carica per volta (come detto in precedenza), la tensione fornisce semplicemente l' energia che ha la carica.

— Tobias Kienzler,

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La tensione è la velocità degli elettroni?

No, non è la velocità degli elettroni che si muovono all'interno del conduttore.

L'unità di tensione è energia potenziale per carica :

Un esempio...

Immagina di avere una palla di massa M = 10 kg .

Questa palla esiste in un campo gravitazionale conservativo (il campo gravitazionale terrestre). Se vogliamo alzarlo di un'altezza di 1 metro, dobbiamo - in qualche modo - fornire una quantità X di energia, che dà alla palla abbastanza velocità per spostarsi di 1 m sopra la sua superficie.

Daremo alla palla questa quantità di energia in termini di energia cinetica (velocità). Quindi lanciamo la palla verso l'alto con una certa velocità e mentre la palla si muove verso l'alto, la sua velocità diminuisce; e la sua energia potenziale aumenta fino a quando non si ferma e tutta l'energia cinetica viene convertita in energia potenziale.

L'immagine seguente mostra la quantità di energia potenziale per una palla di massa M = 10 kg a diverse altezze sul livello del mare:

E se volessimo realizzare una scala generica?
Per qualsiasi palla di una massa arbitraria, a qualsiasi altezza, possiamo ottenere la quantità di energia per ogni 1 kg (Energia per massa):

Ora possiamo dire che, a un'altezza di 3 metri sul livello del mare, qualsiasi oggetto di massa X avrà una quantità di energia pari a 29,4 joule per ogni 1 kg di massa. Ciò è dovuto al campo gravitazionale terrestre .

La tensione , o potenziale elettrico , è la quantità di energia potenziale (joule) che ogni "corpo carico" all'interno di un campo elettrico avrà, per ogni 1 coulomb di carica elettrica in esso.

— Elbehery
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Si potrebbe aggiungere che l'energia potenziale si traduce direttamente in energia cinetica se c'è solo "attrito" trascurabile, ad esempio in un tubo a raggi catodici (evacuato). L'energia cinetica di un elettrone viene infatti misurata in "volt di elettroni", eV, l'energia che un elettrone guadagna o perde quando si muove attraverso una differenza di potenziale di 1 Volt.

— Peter - Ripristina Monica il

Non è così isolato vero? Poiché con V = I / R un aumento V forza anche un aumento I. Quindi anche il numero di coulomb aumenta della stessa quantità.

— Cojones,

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La tensione è una proprietà di un campo elettrico.

Un campo elettrico si comporta un po 'come un campo gravitazionale. Gli oggetti in un campo gravitazionale vengono messi insieme. Lascia cadere una pietra in un campo gravitazionale e accelera verso il basso, prendendo energia dal campo.

I campi elettrici, a differenza dei campi gravitazionali, hanno polarità. Lascia cadere un elettrone in un campo elettrico e accelera nella direzione della carica positiva. L'elettrone non ha una tensione, ha una carica: coulomb . $1.6×10^{−19}$

Quanta forza viene applicata all'elettrone dipende dalla tensione dei lati positivo e negativo del campo e dalla loro distanza.

È tutto nello spazio libero. Che dire di un filo? La situazione è molto più simile a un tubo pieno di palline che a uno spazio libero. Applicare una forza sulla palla a un'estremità e spingerà la palla all'altra estremità. Applicare una tensione a un filo e gli elettroni si sposteranno, forzando quello all'estremità positiva. La quantità di forza applicata corrisponde alla tensione applicata al filo.

La cosa chiave di questo modello è che la forza viaggia molto più velocemente delle sfere / elettroni che la trasmettono - non richiede una sfera / elettrone per attraversare completamente, richiede solo che spinga i suoi vicini.

— pjc50
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Questa è una buona analogia, ma è importante notare che gli elettroni fluiscono dal lato negativo, non dal lato positivo.

— DerStrom8,

Mi dispiace, etichettatura inadeguata da parte mia lì: se si dispone di una fonte di alimentazione CC, gli elettroni lasceranno il filo collegato sul suo lato positivo ed entreranno nella fonte di alimentazione.

— pjc50,

La tensione non riguarda la forza (= energia / spostamento). La tensione riguarda la differenza nel potenziale energetico . Questa è la forza del campo che, moltiplicata per la carica, produce forza.

— Incnis Mrsi,

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Prendi uno scenario in tempo reale,

Possiamo prenderlo come analogia.

Consideriamo un serbatoio sopraelevato e un rubinetto dell'acqua che viene fornito da questo serbatoio sopraelevato.

Adesso,

Ogni volta che si apre un rubinetto, questo rubinetto uscirà.

La quantità di acqua che passa è equivalente alla corrente

A quale pressione sta arrivando, questa è tensione

— Photon001
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Il problema con questa analogia è che una pressione più elevata impartisce all'acqua una maggiore velocità, motivo per cui il confuso del richiedente - questo è un luogo in cui si rompe la popolare analogia tra acqua ed elettricità. È un buon modo intuitivo per esplorare molti aspetti dell'elettricità, a patto che tu non la guardi troppo attentamente.

— Talrnu,

Sì @talrnu, se consideriamo la velocità ci confondiamo. Non è un'analogia esatta con l'elettricità, ho preso solo due fenomeni di pressione e quantità d'acqua per capire facilmente qual è la tensione e la corrente

— Photon001,

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D'accordo, questa risposta è problematica perché la velocità dell'acqua che scorre aumenta con la pressione, mentre la velocità alla quale un elettrone si propaga attraverso qualsiasi mezzo particolare è costante anche se la "pressione" (tensione) viene aumentata. Penso che ciò che l'OP sta davvero chiedendo sia il perché .

— aroth,

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No, la tensione è l '"energia potenziale" fornita agli elettroni. Come se prendessi un sasso e ti alzi. Fino a quando non si collega un carico, l'elettrone non va da nessuna parte.

Se lo lasci cadere sulla pietra (o colleghi una resistenza alla tua sorgente di tensione) l'energia sposta la pietra (elettroni).

— Antonio
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La tensione è la velocità degli elettroni?

No

La tensione è una misura di quanta energia viene fornita per caricare. Nella sua forma più elementare, un elettrone (carica di base) viene impartito 1.602 × 10 ⁻¹⁹ joule quando viene spostato attraverso una differenza di potenziale elettrico di un volt. Si dice quindi che un elettrone abbia un'energia di 1 elettronvolt.

Quindi la tensione è energia divisa per carica.

Puoi iniziare con il potere e moltiplicarlo per tempo per ottenere energia:

Energia = Potenza × tempo = V ⋅ I × tempo.

Ora sostituisci Q (addebito) per × tempo corrente e otterrai:

Energia = V ⋅ Q o V = Energia / Q .

— Andy aka
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Questa è in realtà una domanda di fisica. Non credo che ci sia un metodo sperimentale disponibile nei confini della disciplina dell'ingegneria elettrica per rispondere in modo credibile a questa domanda.

Detto questo, si ritiene comunemente che la velocità degli elettroni in un conduttore che subisce il flusso di corrente sia effettivamente piuttosto lenta rispetto alla velocità della luce. Questa è spesso definita la "velocità di deriva" degli elettroni. Tuttavia, gli effetti della tensione e della corrente sugli elettroni si propagano attraverso il conduttore a quasi la velocità della luce. La solita analogia è una pipa piena di biglie. Se spingi il marmo a un'estremità del tubo, il marmo all'altra estremità subirà la spinta quasi istantaneamente anche se nessuno dei marmi intermedi si muoveva.

— FiddyOhm
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Non sono sicuro che "quasi la velocità della luce" sia l'espressione giusta - è circa la metà di quella in un normale PCB e 2/3 in un comune coassiale.

— pipe

@pipe Penso che la differenza sia che un singolo elettrone può viaggiare, diciamo, a metà della velocità della luce, ma considerando la palla in un'analogia del tubo, il tempo di risposta tra spingere la prima palla e l'ultima palla che cade è quasi istantaneo (avvicinandosi alla velocità della luce).

— DerStrom8,

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@ DerStrom8 No, il tempo di risposta è la velocità del segnale qui, che viene rallentata dal dielettrico nel PCB e nei cavi. Si avvicina solo alla velocità della luce in un filo nudo. Un singolo elettrone viaggia molto più lentamente della metà della velocità della luce.

— pipe

Hmm, non sono convinto ma non lo discuterò. La lezione di fisica era molto tempo fa = P

— DerStrom8

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@IncnisMrsi In effetti, calcolandolo ottengo più come 1.08E5 m / s a 300K.

— Spehro Pefhany,

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La tensione è la pressione che spinge gli elettroni attorno a un circuito. Non dice nulla della loro velocità. Se prendi una batteria da 1,5 V e non la colleghi a nulla, allora è ancora presente 1,5 V, anche se nessun elettrone scorre da nessuna parte.

Inoltre, la tensione è la differenza di pressione tra due punti. È possibile misurare solo la tensione tra un punto e l'altro. Ecco perché si chiama anche "differenza potenziale".

È possibile calcolare la velocità media dell'elettrone se si conosce la corrente, le proprietà fisiche del filo (in particolare la sua area della sezione trasversale) e le proprietà del materiale di cui è fatto il filo (la spaziatura tra gli atomi e quanti elettroni liberi ci sono per atomo).

— Simone B.
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Non parlerò di pressione. È un concetto davvero diverso, IMHO.

— Antonio,

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@Antonio Pressione e tensione sono concetti molto simili, se non identici.

— endolith,

@endolith, ora il mio professore di fisica potrebbe girare nella sua tomba. :-)

— Antonio,

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@Antonio Collegare una dinamo e generare un po 'di tensione: D

— endolith

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@endolith Uso sempre il flusso e la pressione dell'acqua come analogia per la corrente e la tensione. KCL e KVL funzionano perfettamente.

— Winny

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No, la tensione non è la velocità degli elettroni attraverso un filo, ma la corrente (quasi) lo è.

Hai detto "La corrente è la quantità di elettroni che passano attraverso un filo", ma questo non è del tutto corretto. La corrente è la quantità di carica elettrica (elettroni) che passa attraverso un conduttore per unità di tempo. L' ampere , la nostra unità di misura per la corrente, è definita come 1 coulomb di carica elettrica al secondo. La corrente è un valore di tasso.

Per l' analogia del tubo dell'acqua , la carica (coulomb) è analoga al volume di acqua (galloni), la corrente (ampere) è analoga alla portata dell'acqua (galloni al minuto) e la tensione è analoga alla pressione dell'acqua che sta causando il flusso.

— Ben Miller - Ripristina Monica
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La corrente non è la velocità degli elettroni attraverso un filo, è la velocità con cui passano. Se il canale è più largo, scorreranno più lentamente per produrre la stessa corrente.

— endolith,

@endolith Velocità, velocità, abbastanza vicino. :) Ho leggermente modificato il testo. Meglio? Il punto è che la corrente è quel cambiamento nel tempo che credo l'OP stia chiedendo.

— Ben Miller - Ripristina Monica il

Sì, meglio :)

— endolith il

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@JohnPeters Penso che sia un po 'troppo semplicistico dire che la corrente è "la quantità" di elettricità. La corrente è la quantità di carica elettrica che passa un punto in un'unità di tempo. In questo senso, è la velocità (o la velocità, se vuoi) della carica.

— Ben Miller - Ripristina Monica il

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@JohnPeters Qual è la velocità dell'elettricità? è la velocità degli elettroni nel conduttore o la velocità della variazione di tensione?

— Crowley,

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La tensione non è una proprietà degli elettroni. Gli elettroni sono i "soggetti" così come sono. Una tensione (o differenza di potenziale) è la "capacità" di trasportare una determinata carica. In elettronica, questa carica è generalmente trasportata dagli elettroni. Una tensione più elevata è in grado di trasportare più elettroni, quindi indurre una corrente più elevata.
Un altro modo di vederlo è che la tensione è la quantità di energia potenziale che un elettrone guadagna o perde viaggiando da un potenziale a un altro potenziale. In questo modo, la tensione è molto simile all'energia potenziale in cinetica: se sollevo una palla, le proprietà della palla non cambiano ma acquisiscono energia potenziale.

— RJR
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Un buon inizio, ma è scivolato profondamente nelle stronzate molto presto. Hai mai sentito parlare di superconduttori? La tensione non ha nulla a che fare con la "capacità di trasporto". La tensione è piuttosto energia prodotta per un'unità di carica trasportata.

— Incnis Mrsi,

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Se un elettrone era un marmo, la tensione è come l'altezza della pendenza su cui si trova il marmo.

Potrebbe essere una pendenza molto alta, alta miglia. Potrebbe essere un piccolo aumento - solo un paio di centimetri. Questo è ciò che è determinato dalla tensione.

— Euan M
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Sento che questa analogia potrebbe essere ampliata in un'ottima alternativa anche per altri concetti correlati. Se la tensione è l'altezza, a quale angolo corrisponde la collina? Forse la resistenza potrebbe essere rappresentata da erba o fango. Quindi hai il numero di biglie, la distanza orizzontale dalla cima alla collina (che si relazionerà con altezza e angolo proprio come fanno i corrispondenti concetti elettrici) ...

— Dan Henderson,

Sono d'accordo, ma sono su pessimo internet atm. :-)

— Euan M

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La velocità degli elettroni dipende dalla densità del filo. Dipende anche dal numero di atomi liberi nel conduttore.

Pensa a come spingere la sabbia attraverso le pietre. Più dense sono le pietre, più diventa difficile spingere la sabbia attraverso di essa.

Più sabbia (elettroni liberi) è all'interno, minore sarà la distanza che dovrai spingere per la stessa quantità di sabbia che fuoriesce dall'altra parte.

Per i dettagli, puoi leggere la velocità di deriva . La velocità effettiva di un elettrone nell'esempio è di appena 23 µm / s.

In effetti, la tensione influenzerà la velocità degli elettroni : nella formula data, sostituisci I con U / R e vedrai che la velocità aumenterà con la tensione.

— Thomas Weller
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Un sacco di buone informazioni qui per sperare di chiarire la tua domanda.

La tensione può essere considerata come la differenza di energia tra due punti all'interno di una rete (differenza di potenziale), si pensi alla tensione caduta attraverso un resistore. Differente ad ogni estremità a causa della potenza dissipata attraverso la resistenza stessa.

Se sei tu a considerare la tensione di alimentazione di un circuito (EMF, forza elettromotrice), può essere considerata come la pressione che forza la corrente attraverso il circuito.

una nota sul flusso di elettroni

Si presume che la corrente passi da + a -, tuttavia il flusso di elettroni è - a +. Naturalmente le formule ecc. Funzioneranno con questa convenzione, poiché di solito non ci interessa il flusso di elettroni, a meno che non ci occupiamo di materiale semiconduttore, tuttavia è importante ricordare che in realtà fluiscono da - a + (l'elettrone è un vettore di carica negativa).

Spero che questo insieme a molti altri commenti aiuti. Tony

— Tony GR
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L'elettrone non necessariamente né di solito "si sposta da + a -". Si guadagna l'energia in movimento da - a +.

— Incnis Mrsi,

@Tony. " Si presume che la convenzione si muova da + a -, ... " No, la convenzione è che la corrente scorre da + a -. Nella teoria dei circuiti convenzionale non ci interessa quale siano i vettori di carica effettivi o la direzione del loro movimento.

— Transistor

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No. La risposta più semplice possibile è che la tensione è la densità degli elettroni. Cioè, la "pressione" necessaria per metterli insieme contro la loro forza repulsiva. Naturalmente, questo è complicato da altri fattori come il mezzo in cui si stanno muovendo.

— Dirk Bruere
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