Как определить скорость этих электронов…

Электрический ток и его скорость

Как определить скорость этих электронов...

30.11.2017 13495

Жизнь современного человека полна комфорта. Сегодня мы имеем все блага цивилизации в свободном доступе.

Главным достижением, которое совершенствовалось в течение долгого времени, является электрическая энергия, доступная практически в любой части мира.

Мы привыкли к тому, что электроэнергия повсюду и задумываемся о ней лишь в тот момент, когда она внезапно пропадает. На самом деле явление электричества таит в себе много интересного, что желательно было бы знать каждому человеку.

Например, одним из вопросов, которым нужно задаться, является скорость электрического тока. Мало кто думал о том, как быстро зажжется лампочка, находящаяся в сотне километров от источника энергии. Этот вопрос актуален для населенных пунктов, которые находятся вдали от цивилизации.

Опытным путем учеными и исследователями было доказано, что электрический сигнал движется по кабелю со скоростью света, а именно 300 тысяч км/сек.

Важно отметить, что электроны и ионы в проводнике при этом движутся совсем не с такой скоростью. Они просто на просто не могут иметь столь высокую скорость в проводящем материале. 

Под скоростью света в случае с электрическим током понимается показатель скорости, с которым заряженные частицы приходят в движение друг за другом, а не движутся относительно друг друга. Носители заряда при этом обладают средней скоростью, равной, как правило, нескольким миллиметрам за 1 сек.

Более подробно объясним данную ситуацию примером:

К заряженному конденсатору присоединяются провода большой длины, идущие к лампе, что находится на расстоянии около 100 км. Замыкание цепи происходит вручную.

После этого носители зарядов приходят в движение на том отрезке провода, который подключен к конденсатору.

При этом начинается покидание электронами минусовой обкладки конденсатора, следовательно, происходит уменьшение электрического поля в конденсаторе параллельно с уменьшением плюсовой обкладки.

Таким образом, между обкладками сокращается разность потенциалов. При этом электроны, пришедшие в движение, приходят на место тех, что ушли. То есть, запущен процесс перераспределения электронов внутри провода за счет влияния электрического поля. Данный процесс растет, как снежный ком, и переходит дальше по всей длине провода, достигая в итоге нити накаливания лампы.

Получается, что перемены в состоянии электрического поля распространяются внутри проводника со скоростью, равной скорости света. При этом происходит активация электронов в электрической цепи с аналогичной скоростью. Хотя сами электроны движутся друг за другом по проводнику с гораздо меньшей скоростью.

Теперь разберемся в явлении гидравлической аналогии. Рассмотрим это понятие на примере движения водного потока из пункта А в пункт Б.

Допустим, что из небольшого населенного пункта по трубе в город поступает вода. Для этого функционирует специальный насос, который повышает давление внутри трубы, и вода под влиянием давления движется гораздо быстрее.

Малейшие перемены в давлении по трубе распространяются очень быстро (приблизительно 1400 км/сек). Скорость распространения данных перемен напрямую зависит от показателя плотности жидкости, ее температуры и степени оказываемого давления.

Через совсем короткий промежуток времени (доля секунды) вода уже поступила в город. Но это уже совсем другая вода. Ведь молекулы в ее составе провоцируют движение друг друга из-за столкновений между собой.

При этом скорость движения данных молекул гораздо меньше, ведь дрейфовая скорость имеет прямую связь с силой напора. То есть, столкновения молекул друг с другом распространяются очень быстро, а скорость одной молекулы при этом не увеличивается.

Абсолютно аналогичный процесс происходит с электрическим током. Проведем параллели: скорость распространения поля есть скорость распространения давления, а скорость движения молекул, следовательно, есть скорость электронов, создающих ток.

Дрейфовая скорость – это скорость последовательного движения заряженных частиц. Электронами данная скорость приобретается за счет действия внешнего электрического поля.

В случае, если внешнее электрическое поле отсутствует, то движение электронов внутри проводника происходит хаотично. Иными словами, конкретного направления у электрического тока нет, а дрейфовая скорость при этом нулевая.

При наличии внешнего электрического поля у проводника носители заряда приходят в движение, скорость которого зависит от ряда факторов (концентрация свободных электронов, площадь сечения провода, величины тока).

Таким образом, электрический ток имеет скорость распространения по проводнику равную скорости света. При этом скорость  движения тока в проводнике – очень мала.

Вам будут интересны такие познавательные статьи, как:

Источник: https://www.elektro.ru/articles/detail/elektricheskiy-tok-i-ego-skorost

ПОИСК

Как определить скорость этих электронов...
    Из уравнения де Бройля mv = h k находим скорость электрона v  [c.

92]

    Для проведения процессов плавки, испарения и термообработки применяют пушки со средней й большой мощностью пучков (от 5 до 1200 кВт), удельной поверхностной мощностью от нескольких десятков киловатт на квадратный сантиметр с диаметром пучков до 100 мм.

По применяемым ускоряющим напряжениям различают установки низкого (20-200 кВ), среднего (от 200 до 600 кВ) и высокого (600 кВ -5 MB) напряжения. Ускоряющее напряжение технологических электронно-лучевых установок находится в пределах 10-150 кВ, а в химических электронно-лучевых процессах- 300 кВ, реже 1 MB и выше.

В диапазоне ускоряющих напряжений 10-150 кВ скорость электронов составляет 0,2-0,6 скорости света. При напряжении выше 100 кВ следует учитывать релятивистские эффекты, так как кинетическая энергия электрона, ускоренного в поле напряжением U до скорости v, равна [c.103]

    Теперь, зная скорость электрона и, можно найти его кинетическую энергию Е  [c.74]

    Энергию ионизации можно определить путем бомбардировки атомов электронами, ускоренными в электрическом поле.

То наименьшее напряжение поля, при котором скорость электронов становится достаточной для ионизации атомов, называется потенциалом ионизации атомов данного элемента и выражается в вольтах.

Энергия ионизации, выраженная в электронвольтах, численно равна потенциалу ионизации, выраженному в вольтах. [c.82]

    И соотношения (3) следует, что чем точнее определены коорди-наты частицы (чем меньше неопределенность Aq), тем менее определенной становится величина ее скорости (больше Au) и наоборот. Так, если положение электрона опре,делено с точностью до 10 м, то неопределенность в скорости составит 58 ООО км/с (при скорости электрона 2000 км/с). [c.11]

    Предположим, что неопределенность измерения положения электрона в атоме равна 5,3-10 » м. Какова неопределенность определения скорости электрона Сравните ее со скоростью электрона, равной 2,2-10 м/с.  [c.17]

    В электронном микроскопе используется электронный луч, обладающий длинами волн, в 100 ООО раз короче волн видимого света. Это обеспечивает возможности получения значительно большего увеличения. Длина волны электронного луча обратно пропорциональна массе и скорости электронов и приближенно определяется по уравнению [c.155]

    Возбуждение, или ионизация, атомов при столкновении их с электронами зависит от энергии или скорости последних. В большинстве случаев вероятность возбуждения молекулы или атома до соответствующего уровня знергии возрастает с возрастанием скорости электронов до определенного значения, а при дальнейшем увеличении скорости электронов вероятность возбуждения падает.

Вероятностью возбуждения называется отношение числа столкновений электрона с атомом или молекулой, приводящих к возбуждению, к общему числу столкновений. Кривые, характеризующие зависимость вероятности возбуждения от скорости движения электронов, называются кривыми функции возбуждения.

Положение максимума на кривой функции возбуждения зависит от мультиплетности исходного и возбужденного уровней (терм). При возбуждении термов той же мультиплетности, что и исходный терм атома, функция возбуждения нарастает довольно медленно, достигая максимального значения при очень больших скоростях электронов.

Скорость электронов в этих случаях обычно в несколько раз превышает минимальное значение скорости электрона, при которой возможно возбуждение атома. Если же в результате соударения с электроном возбуждается терм иной мультиплетности, чем исходный, то функция возбуждения быстро достигает максимума и затем так же быстро спадает (рис. И, 8).

Функция возбуждения для двух близких линий ртути показана на рис. И, 8. При возбуждении одной линии 2655 к, атом ртути переходит из нормального состояния в состояние При [c.75]

    Допустимо ли говорить, что в данной точке пространства скорость электрона равна определенному значению  [c.35]

    Чтобы фотон, ударяющийся о поверхность металла, мог выбить из него электрон, он должен обладать энергией, превышающей некоторый минимум. Эта минимальная, или пороговая, энергия называется работой выхода электрона из металла.

Если падающий фотон имеет большую энергию, ее избыток превращается в кинетическую энергию выбитого фотона. Пороговая длина волны фотоэлектрической эмиссии из Li, выше которой фотоэффект не происходит, равна 5200 А.

Вычислите скорость электронов, испускаемых литием при его облучении светом с длиной волны 3600 А. [c.381]

    Рассматриваемый комплекс рутения [55] дает интенсивную полосу поглощения в ближней ИК-области при 1570 нм. Эту полосу приписывают электронному переходу, показанному на рис. 10.27,Л, и обозначают iT.

Константа скорости электронного обмена, рассчитанная из энергии этого перехода для описанной выше приближенной модели с помощью уравнения (10.39), составляет З Ю с . Электронный переход описывается как переход [2, 3] [3, 2].

[c.122]

    При помещении диэлектрика в постоянное электрическое поле частицы, составляющие диэлектрик, претерпевают поляризацию ( 23). Однако отдельные составляющие общей поляризации — электронная поляризация, атомная поляризация и ориентационная поляризация —происходят не с одинаковой скоростью.

Электроны значительно быстрее реагируют на такие воздействия, так как обладают много меньшей массой, а для атомов и молекул в целом время релаксации ( 238) много больше и различно (оно зависит от вида процесса, от массы частиц и пр.).

Напомним, что тепловое движение частиц противодействует определенной их [c.594]

    Одним из кардинальных положений квантовой механики является принцип неопределенности, установленный В. Гейзенбергом (1927 г.). Этот принцип заключается в том, что невозможно одновременно точно определить положение микрочастицы (ее координаты) и ее скорость движения.

Чем точнее определена координата частицы, тем менее определенным становится значение ее скорости. Так, если положение электрона определено с точностью до 10 м, то неопределенность в скорости его движения составит 58 ООО км/с (при скорости электрона 2000 м/с). [c.

18]

    Распространение света в веществе с точки зрения классической теории связано с осцилляцией электронов в атомах и молекулах, которую вызывает падающий свет. Электромагнитная волна света, как указывалось, представляет систему двух взаимно перпендикулярных полей электрического и магнитного.

Обычно для задачи распространения света в веществе рассматривают только электрическую компоненту электромагнитной волны, так как сила Лоренца, действующая на электрон со стороны магнитного поля, равна е [ухВ], где V —скорость электрона, В —магнитная индукция.

Эта сила мала из-за малой величины и/с ( Го=сБо)- [c.175]

    Энергию ионизации можно определить путем бомбардировки атомов электронами, ускоренными в электрическом поле.

То наименьшее напряжение поля, при котором скорость электронов становится достаточной для ионизации атомов, называется потенциалом ионизации атомов данного элемента и выражаегся Б вольтах. [c.100]

    Тормозное излучение возникает в вакууме, когда быстролетящие электроны тормозятся при падении на анод рентгеновской трубки, т. е. уменьшение скорости электронов от V] до 2 при торможении является источником излучения  [c.113]

    Скорости электронов, необходимые для возникновения рентгеновских лучей, должны быть сопоставимы со скоростью света.

Для достижения таких скоростей электроны разгоняются в полях с разностью потенциалов порядка 10 В.

Поскольку переход от к иа монотонен, тормозное излучение разлагается в сплошной спектр, имеющий резкую границу в коротковолновой части, соответствующей скорости электрона 2=0. [c.113]

    Оказалось, что все количественные связи (между углами, скоростью электрона и частотами) можно получить, если, помимо закона сохранения энергии, применить закон сохранения импульса. [c.425]

    Под влиянием поля Е электрон движется, ускоряясь, на расстоянии, определяемом длиной пути его свободного пробега I). Если скорость электрона v, то время между двумя столкновениями [c.508]

    Источником электронов в электронографах обычно служит раскаленная металлическая нить при сильном нагревании металлы начинают испускать электроны.

Вылетающие из нити электроны ускоряют разностью потенциалов, которая при исследовании структуры молекул составляет несколько десятков тысяч вольт (обычно 30—60 тыс. В) в результате получают электроны, обладающие большой скоростью, — быстрые электроны.

Величина X для электронов, ускоренных разностью потенциалов V, может быть подсчитана подстановкой в уравнение де Бройля (1.40) значения скорости электронов о, вычисленной из сос тношения [c.124]

    Однако в соотношение (1.8) входит скорость электрона do, которая пока неизвестна. Она может быть определена по отклонению электрона в магнитном поле. Удобно применить такое магнитное поле, чтобы оно компенсировало отклонение электронов в электрическом поле и направление электронного луча оставалось бы неизменным, тогда [c.289]

    Энергию ионизации можно определять, бомбардируя атомы электронами, ускоренными в электрическом поде.

Наименьшую разность потенциалов, при которой скорость электрона становится достаточной для ионизации атомов, называют потенциалом ионизации атомов данного элемента. Потенциал ионизации (/), выраженный в вольта.

к (IV), чнсленко равен энергии ноннзации ( Г), выраженной в эле тронволь-тах. [c.43]

    Приравнивая нрапыс части двух последних уравнении, получим для скорости электрона и выражение  [c.74]

    Источником электронов в электронографах обычно служит раскаленная металлическая нить. Вылетающие электроны ускоряются разностью потенциалов в несколько десятков тысяч вольт. Величина % для электронов, ускоренных разностью потенциалов V, может быть подсчитана по уравнению де Бройля (1.23) зпаченир. скорости электронов и вычисляют из соотнощения [c.62]

    Особое мссто занимают изменения в состоянии молекул, атомов и ионов, которые вызываются переменными электрическими полями, возбуждаемыми при прохождении через вещество электромагнитных колебаний. Остановимся только на воздействии видимого света. Частота его колебаний очень большая (порядка 10 колебаний в секунду).

Поэтому атомной и ориентационной поляризации в этом случае не возникает, так как атомы не могут колебаться с такой скоростью. Электроны же как частицы, обладающие много меньшей массой, реагируют и на колебания видимого света.

Различия в скорости прохождения света в разных средах, характеризуемой показателем преломления вещества, непосредственно связаны с этим явлением. [c.77]

    Плазма может быть изотермической и неизотермической. В изотермической плазме электроны и ионы находятся в термодинамическом равновесии. В неизотермической плазме, ввиду затрудненности обмепа энергии при соударениях электронов с молекулами и ионами, средняя энергия электронов значительно превышает среднюю энергию ионов л молекул газа.

Допуская максвелловское распределение скоростей электронов, можно говорить об их температуре (электронная температура). Если в положительном столбе тлеющего разряда газ, т. е. молекулы и ионы, имеет темгсературу порядка нескольких сотен градусов Цельсия, то электронная температура является величиной порядка тысяч и десятков тысяч градусов. [c.

178]

    Свобод [ые электроны передают энергию от одних колеблющихся атомов другим, увеличивая колебательную энергию 1и)следних. В среднем это проявляется в передаче теплоты в направлении отрицательного градиента температуры.

Благодаря относительно высокой скорости электронов и относительно большой средней длине свободного пробега их вклад в теплопроводность обычно много выше (от 5 до 50 раз), чем фононов, несмотря па крайне незначительный вклад в удельную теплоемкость.

[c.191]

    Проходя через объект, электроны сталкиваются с ядрами атомов, в результате чего часть из них рассеивается под определенным углом, причем число рассеянных электронов (и угол рассеяния) определяется числом столкновений, которое в свою очередь зависит от плотности объекта, его толщины и скорости электронов.

Формирование контрастного изображения объекта на флюоресцентном экране микроскопа связано с разной степенью рассеяния электронов различными участками объекта.

Пучок электронов, прощедщий через наиболее толстую часть объекта и имеющий наибольший угол рассеяния, доходит до флюоресцентного экрана значительно ослабленным, в результате интенсивность свечения соответствующего участка экрана мала.

При прохождении через более тонкие участки объекта электронный пучок рассеивается меньше и вызывает в соответствующих местах более интенсивное свечение экрана. Так упрощенно можно представить формирование контрастного изображения объекта на экране электронного микроскопа. [c.123]

    При А. я электрон движется вперед по направлению падающего у-фотона [8]. Учитывая, что скорость у-фотона больше скорости электрона (с > V,,), где с — скорость света, V, — линейная скорость электрона на дозволе1И1ых орбитах атома водорода, после столкно- [c.17]

    Ю » см двигается с переменной скоростью, вначале под воздействием у-фотона, образовашюго в результате аннигиляции виртуальных электрон-позитронных пар, электрон двигается ускоренно, в дальнейшем под тормозящим действием реакции излучения движение электрона замедляется. При ускорении или замедлении электрического заряда не может происходить излучение электромагнитных воли, так как повышение и снижение скорости электрона происходит за время 0,935 10 сек, а для перехода атома в [c.18]

    Наибольшее ускорение получают частицы с минимальной массой покоя — электроны. Сталкиваясь с частицами, обладающими меньптми скоростями, электроны в первую очередь определяют превращение электрической энергии в тепло, [c.201]

    В случае комплексных ионов кинетические параметры реакций могут существенно изменяться в зависимости от природы лигандов. Так, замена Р на Вг в комплексе [Сг (ННз)5 приводит к увеличению на три порядка константы скорости реакции этого комплекса с ионом Сг .

Замена фенантролина (о-рНеп) на другой хелатный лиганд — этилендиамин (еп) на пять порядков снижает константу скорости электронного обмена между [Со (Ь1 )я]з+ и [Со Это свидетельствует в пользу образования лигандом в активированном комплексе мости-ковой связи между центральными ионами, повышающей вероятность переноса электрона. [c.103]

    Здесь т, е, v — масса, заряд, скорость электрона соответственно и — напряжение, которым электрон ускоряется. Очевидно, необходимо так подобрать U, чтобы К была одного порядка (или меньше) расстояния между препятствиями-атомами, т. е. меньше межъядер-ного расстояния.

Обычно У 50 кВ, что соответствует Х 0,06Х ХЮ м , т. е. на порядок меньше характерного межъядерного расстояния ( 10 ° м ).

Ввиду того, что фазу электронной волны определяют только расстоянием вдоль линии ее распространения, набегающую на препятствие волну можно представить как плоскую и описать выражением [c.129]

    Как мы видели, электронный газ практически полностью при комнатной температуре находится в состоянии вырождения, поэтому скорость электронов не зависит от температуры. Температурная зависимость сопротивления определяется температурной зависимостью величины I.

Так как скорость, рассчитанная по уравнению для ферми-газа, приблизительно в 100 раз больше скорости, рассчитанной по формуле (XXIII. 10), то для сохранения правильного значения сопротивления необходимо, чтобы длина пути свободного пробега была в 100 раз больше межатомного расстояния.

[c.509]

Источник: https://www.chem21.info/info/594347/

Почему ток в розетке и проводах не бежит со скоростью света? Или все-таки..

Как определить скорость этих электронов...

Любой человек, разбирающийся в физике, скажет, что скорость движения электрического тока равна скорости света и составляет 300 тысяч километров в секунду. С одной стороны он прав на 100%, но есть нюансы.

Со светом все просто и прозрачно: скорость полета фотона равна скорости распространения светового луча. С электронами сложнее. Электрический ток сильно отличается от видимого излучения.

Почему считается, что скорость полета фотонов в вакууме и скорость электронов в проводнике одинакова? Утверждение основано на фактических результатах.

В 1888 году немецкий ученый Генрих Герц экспериментально установил, что электромагнитная волна распространяется в вакууме так же быстро как свет.

Но можно ли говорить, что электроны в проводнике летят со скоростью света? Надо разобраться с природой электричества.

Что такое электрический ток?

Из школьного курса физики известно, что электричество – это поток электронов, упорядоченно перемещающихся в проводнике. Пока источника электричества нет, электроны движутся в проводнике хаотически, в разных направлениях. Если суммировать траектории всех заряженных частиц, получится ноль. Поэтому кусок металла не бьет током.

Если металлический предмет подсоединить к электрической цепи, все электроны в нем выстроятся в цепочку и потекут от одного полюса к другому. Насколько быстро произойдет упорядочение? Со скоростью света в вакууме.

Но это не означает, что электроны полетели от одного полюса к другому также стремительно. Это заблуждение.

Просто люди настолько привыкли к утверждению, что электричество распространяется так же быстро как свет, что не особо задумываются над деталями.

Популярные заблуждения о скорости света

Еще одним примером такого поверхностного восприятия можно назвать понятие о природе молнии. Многие ли задумываются, какие физические процессы происходят во время грозы? Какова, например, скорость молнии? Можно ли без приборов узнать, на какой высоте бушуют грозовые разряды? Разберемся со всем этим по порядку.

Кто-то может сказать, что молния бьет со скоростью света, и будет не прав. Настолько быстро распространяется вспышка, вызванная гигантским электрическим разрядом в атмосфере, но сама молния гораздо медленнее. Грозовой разряд – это не удар луча света наподобие лазера, хотя визуально похоже. Это сложная структура в насыщенной электричеством атмосфере.

Ступенчатый лидер или главный канал молнии формируется в несколько этапов. Каждая ступень в десятки метров образуется со скоростью около 100 км/сек вдоль разрядных нитей из ионизированных частиц. Направление меняется на каждом этапе, поэтому молния имеет вид извилистой линии. 100 километров в секунду – это быстро, но до скорости электромагнитной волны очень далеко. В три тысячи раз.

Что быстрее: молния или гром?

Этот детский вопрос имеет простой ответ – молния. Из того же школьного курса физики известно, что скорость звука в воздухе равна примерно 331 м/сек. Почти в миллион раз медленнее электромагнитной волны. Зная это, легко понять, как высчитать расстояние до молнии.

Свет вспышки доходит до нас в момент разряда, а звук летит дольше. Достаточно засечь промежуток времени между вспышкой и громом. Теперь просто считаем, насколько далеко от нас ударила молния, по простой формуле:

L =T × 331

Где T – это время от вспышки до грома, а L – это расстояние от нас до молнии в метрах.

Например, гром прогремел через 7.2 секунды после вспышки. 331 × 7.2 = 2383. Получается, что молния ударила на высоте 2 километра 383 метра.

Скорость электромагнитной волны – это не скорость тока

Теперь будем более внимательны к цифрам и терминам. На примере молнии убедились, что маленькое неверное допущение может привести к большим промахам. Точно известно, что скорость распространения электромагнитной волны равна 300 000 километров в секунду. Однако это не означает, что электроны в проводнике перемещаются с такой же скоростью.

Представим, что две команды соревнуются, кто быстрее доставит мяч с одного края поля на другой. Обязательное условие – каждый член команды сделает несколько шагов с мячом в руках. В одной команде пять человек, а в другой – один.

Пятеро, выстроившись в цепочку, сыграют в пас, сделав каждый несколько шагов в направлении от старта к финишу. Одиночке придется бежать всю дистанцию. Очевидно, что победят пятеро, потому что мяч летит быстрее, чем человек бегает.

Так же и с электричеством. Электроны «бегают» медленно (собственная скорость элементарных частиц в направленном потоке исчисляется миллиметрами в секунду), но передают друг другу «мячик» заряда очень быстро. При отсутствии разности потенциалов на разноименных концах проводника все электроны движутся хаотично. Это тепловое движение, присутствующее в каждом веществе.

Если бы электроны двигались в проводах со скоростью света

Представим, что скорость электронов в проводнике все-таки близка к световой. В этом случае современная энергетика была бы невозможна в привычном для нас виде. Если бы электроны двигались по проводам, пролетая 300 000 километров в секунду, пришлось бы решать очень сложные технические задачи.

Самая очевидная проблема: на такой скорости электроны не смогут следовать за поворотами проводов. Разогнавшись на прямом участке, заряженные частицы будут вылетать по касательной как не вписавшиеся в вираж автомобили.

Чтобы удержать летящие на космических скоростях электроны внутри энергетических магистралей, придется снабжать провода электромагнитными ловушками. Каждый участок проводки станет похожим на фрагмент адронного коллайдера.

К счастью элементарные частицы предвигаются гораздо медленнее и для передачи энергии на дальние расстояния вполне пригодны неизолированные алюминиевые провода для ЛЭП

Надеемся, что ознакомившись с этим обзором, вы нашли ответ на вопрос почему ток не бежит по кабелям со скоростью света и вспомнили кое-что из школьного курса физики, а это, согласитесь, крайне полезно в любом возрасте.

Источник: https://elektrika-ok.ru/elektrooborudovanie/o-produkcii/pochemu-tok-v-rozetke-i-provodah-ne-bezhit-so-skorostyu-sveta

Biz-books
Добавить комментарий