Напряжение это скорость электронов?

27

Ток - это количество электронов, проходящих через провод. Можно ли сказать, что напряжение - это скорость этих электронов?

voltage terminology electron

— Садик
источник

8

Напряжение больше похоже на давление, которое управляет током. Скорость - это не скорость электронов (которые движутся в мм / с), а скорость электрического поля (больше похоже на скорость света).

— Транзистор

1

Напряжение больше похоже на давление электронов.

— user253751

2

электроны хотят выровняться (точнее сказать, что они отталкиваются друг от друга). если вы соберете их в одном месте, а рядом с ними их не будет, они действительно «захотят» переместиться в пустое место. чем больше разница между присутствием их в одном месте и их отсутствием в другом, тем больше они будут «хотеть» двигаться. «желание двигаться» - это напряжение (как говорили другие, давление). если это «желание двигаться» становится достаточно сильным, заряд может проходить через то, чего он обычно не сможет, например, как удар молнии в воздухе.

— Дейв Кузино

4

Ток - это не количество электронов, проходящих через провод. Вместо этого это количество заряда, проходящего через провод в единицу времени.

— Нидин

2

Возможно, вас заинтересуют вакуумные трубки , в первую очередь рентгеновские трубки . Напряжение между катодом и анодом ускоряет электроны до энергии напряжения * заряда электрона. Также обратите внимание, что 1 A = 1 C / s, в то время как 1 V = 1 J / C, т. Е. В то время как ток обозначает заряд за время (как вы упомянули), напряжение просто дает вам энергию, которую имеет заряд.

— Тобиас Кинцлер

36

Напряжение это скорость электронов?

Нет, это не скорость движения электронов внутри проводника.

Единицей напряжения является потенциальная энергия на заряд :

Пример...

Представьте, что у нас есть шар массы М = 10 кг .

Этот шар существует в консервативном гравитационном поле ( гравитационное поле Земли). Если мы хотим поднять его на высоту 1 метра, мы должны - каким-то образом - подать количество энергии Х , которое придает мячу достаточную скорость для перемещения на 1 метр над его поверхностью.

Мы дадим мячу это количество энергии в терминах кинетической энергии (скорости). Таким образом, мы бросаем мяч вверх с некоторой скоростью, и когда мяч движется вверх, его скорость уменьшается; и его потенциальная энергия увеличивается, пока не прекратится, и вся кинетическая энергия не преобразуется в потенциальную энергию.

На следующем рисунке показано количество потенциальной энергии для шара массы M = 10 кг на разных высотах над уровнем моря:

Но что, если мы хотим сделать общий масштаб?
Для любого шара произвольной массы на любой высоте мы можем получить количество энергии на каждый 1 кг в нем (энергии на массу):

Теперь мы можем сказать, что на высоте 3 метра над уровнем моря любой объект массой X будет иметь количество энергии, равное 29,4 Дж на каждый 1 кг массы. Это связано с гравитационным полем Земли .

Напряжение или электрический потенциал - это количество потенциальной энергии (джоулей), которое будет иметь любое «заряженное тело» в электрическом поле на каждый 1 кулон электрического заряда в нем.

— Elbehery
источник

Можно добавить , что потенциальная энергия делает непосредственно перевести в кинетическую энергию , если существует только незначительное «трение», например , в лучевой трубки (откачивает) катода. Кинетическая энергия электрона действительно измеряется в «электронных вольтах», эВ, энергии, которую электрон получает или теряет при движении через разность потенциалов в 1 вольт.

— Питер - Восстановить Монику

Это не так изолированно, верно? Поскольку при V = I / R увеличение V также вызывает увеличение a I. Таким образом, количество кулонов также увеличивается на ту же сумму.

— Cojones

28

Напряжение является свойством электрического поля.

Электрическое поле ведет себя немного как гравитационное поле. Объекты в гравитационном поле сближаются. Бросьте камень в гравитационное поле, и он будет ускоряться вниз, забирая энергию из поля.

Электрические поля, в отличие от гравитационных, имеют полярность. Опустите электрон в электрическое поле, и он будет ускоряться в направлении положительного заряда. Электрон не имеет напряжения, у него есть заряд: кулонов $1.6×10^{−19}$ .

Сколько силы приложено к электрону, зависит от напряжения положительной и отрицательной сторон поля и их расстояния друг от друга.

Это все в свободном пространстве. Как насчет внутри провода? Ситуация там больше похожа на трубу, наполненную шариками, чем на свободное пространство. Приложите силу к шару на одном конце, и он вытолкнет мяч на другом конце. Приложите напряжение к проводу, и электроны будут двигаться, вытесняя один на положительном конце. Величина приложенного усилия соответствует напряжению, приложенному к проводу.

Ключевым моментом в этой модели является то, что сила распространяется гораздо быстрее, чем шары / электроны, которые ее передают - ей не требуется, чтобы шарик / электрон прошел весь путь, ей просто нужно подтолкнуть своих соседей.

— pjc50
источник

Это хорошая аналогия, но важно отметить, что электроны вытекают из отрицательной стороны, а не из положительной стороны.

— DerStrom8

Извините, у меня там неадекватная маркировка: если у вас есть источник питания постоянного тока, электроны оставят провод подключенным на его положительной стороне и попадут в источник питания.

— pjc50

Напряжение не связано с силой (= энергия / смещение). Напряжение о разнице в энергетическом потенциале . Это напряженность поля, которая, умноженная на заряд, производит силу.

— Incnis Mrsi

5

Возьмите сценарий в реальном времени,

Мы можем принять это как аналогию с водой.

Давайте рассмотрим верхний резервуар и водопроводный кран, который подается из этого верхнего резервуара.

В настоящее время,

Всякий раз, когда открыть водопроводную воду будет проходить через этот кран.

Количество воды , которое проникает через эквивалентно току

При каком давлении наступает напряжение

— Photon001
источник

7

Проблема этой аналогии состоит в том, что более высокое давление придает воду с большей скоростью, что, вероятно, и вызывает вопрос у спрашивающего - это то место, где разрушается популярная аналогия воды и электричества. Это хороший, интуитивно понятный способ изучения многих аспектов электричества, если вы не смотрите на него слишком внимательно.

— Талрну

Да @talrnu, если мы рассмотрим скорость, мы запутаемся. Это не точная аналогия с электричеством, просто я взял два явления давления и количества воды, чтобы легко понять, что такое напряжение и ток

— Photon001

1

Согласитесь, этот ответ проблематичен, потому что скорость протекающей воды увеличивается с давлением, в то время как скорость, с которой электрон распространяется через какую-либо конкретную среду, является постоянной, даже если «давление» (напряжение) увеличивается. Я думаю, что ОП действительно спрашивает, почему это так.

— июня

4

Нет, напряжение - это «потенциальная энергия», передаваемая электронам. Как будто вы берете камень и поднимаетесь. Пока вы не подключите нагрузку, электрон никуда не денется.

Если вы позволите ему упасть на камень (или подключите резистор к источнику напряжения), энергия переместит камень (электроны).

— Антонио
источник

3

Напряжение это скорость электронов?

нет

Напряжение является мерой того, сколько энергии доставлено для зарядки. В самом основном электрон (основной заряд) придается через 1,602 × 10 ^-19 джоулей при перемещении через разность электрических потенциалов в один вольт. Считается, что электрон имеет энергию 1 электронвольт.

Таким образом, напряжение - это энергия, деленная на заряд.

Вы можете начать с силы и умножить ее на время, чтобы получить энергию:

Энергия = Мощность × время = V ⋅ I × время.

Теперь замените Q (заряд) на текущее время × и вы получите:

Энергия = V ⋅ Q или V = энергия / Q .

— Энди ака
источник

2

На самом деле это вопрос физики. Я не верю, что есть экспериментальный метод, доступный в пределах электротехнической дисциплины, чтобы ответить на этот вопрос достоверно.

Сказав это, обычно считается, что скорость электронов в проводнике, испытывающем протекание тока, на самом деле довольно медленная по сравнению со скоростью света. Это часто называют «скоростью дрейфа» электронов. Однако влияние напряжения и тока на электроны распространяется через проводник почти со скоростью света. Обычная аналогия - труба, наполненная мрамором. Если вы толкаете мрамор на одном конце трубы, мрамор на другом конце будет испытывать толчок почти мгновенно, даже если ни один из промежуточных шариков не сдвинется.

— FiddyOhm
источник

2

Не уверен, что «почти скорость света» - правильное выражение - это примерно вдвое меньше, чем в обычной печатной плате и 2/3 в обычном коаксиальном кабеле.

— труба

@pipe Я думаю, что разница в том, что один электрон может путешествовать, скажем, на половине скорости света, но, учитывая аналогию с шариком в трубе, время отклика между нажатием первого шарика и выпадением последнего шарика практически мгновенно (приближается к скорости света).

— DerStrom8

2

@ DerStrom8 Нет, здесь время отклика - это скорость сигнала, которая замедляется диэлектриком на плате и кабелями. Он приближается только к скорости света в оголенном проводе. Один электрон движется гораздо медленнее, чем половина скорости света.

— труба

Хм, я не уверен, но я не буду спорить.

— Урок

1

@IncnisMrsi Действительно, вычисляя это, я получаю больше как 1.08E5 м / с на 300K.

— Спехро Пефхани

2

Напряжение - это давление, которое толкает электроны вокруг цепи. Это ничего не говорит об их скорости. Если вы возьмете батарею на 1,5 В и не подключите ее к чему-либо, то все равно будет присутствовать 1,5 В, хотя электроны никуда не текут.

Кроме того, напряжение - это разность давлений между двумя точками. Вы можете только измерить напряжение между одной точкой и другой. Вот почему это также называется «разницей потенциалов».

Можно рассчитать среднюю скорость электрона, если вы знаете ток, физические свойства проволоки (в частности, ее площадь поперечного сечения) и свойства материала, из которого сделана проволока (расстояние между атомами и сколько свободных электронов на атом).

— Саймон Б
источник

Я не буду говорить о давлении. Это действительно другая концепция, ИМХО.

— Антонио

2

@ Антонио Давление и напряжение очень похожи, если не идентичны.

— эндолит

@endolith, теперь мой профессор физики может оказаться в могиле. :-)

— Антонио

1

@Antonio Присоедините динамо и генерируйте некоторое напряжение: D

— эндолит

1

@endolith Я всегда использую поток воды и давление в качестве аналогии для тока и напряжения. KCL и KVL работают отлично.

— Винни

2

Нет, напряжение - это не скорость электронов через провод, а ток (почти).

Вы сказали: «Ток - это количество электронов, проходящих через провод», но это не совсем правильно. Ток - это количество электрического заряда (электронов), проходящего через проводник за единицу времени. Ампера , наша единица измерения тока, определяется как 1 кулоновским электрического заряда в секунду. Текущее значение тарифа.

Для аналогии с водопроводной трубой заряд (кулоны) аналогичен объему воды (галлоны), ток (ампер) аналогичен расходу воды (галлоны в минуту), а напряжение аналогично давлению воды, которое вызывает течь.

— Бен Миллер - Восстановить Монику
источник

2

Ток - это не скорость движения электронов через провод, а скорость, с которой они протекают. Если канал шире, они будут течь медленнее, чтобы произвести тот же ток.

— эндолит

@endolith Скорость, скорость, достаточно близко. :) Я немного изменил формулировку. Лучше? Дело в том, что текущим является то изменение, которое, как я полагаю, задает ОП.

— Бен Миллер - Восстановить Монику

Да лучше. :)

— эндолит

1

@JohnPeters Я думаю, что слишком упрощенно говорить, что ток - это «количество» электричества. Ток - это количество электрического заряда, которое проходит точку в единицу времени. В этом смысле это скорость (или скорость, если хотите) заряда.

— Бен Миллер - Восстановить Монику

1

@JohnPeters Какова скорость электричества? это скорость электронов в проводнике или скорость изменения напряжения?

— Кроули

1

Напряжение не является свойством электронов. Электрон - это «субъект» как таковой. Напряжение (или разность потенциалов) - это способность переносить определенный заряд. В электронике этот заряд обычно переносится электронами. Более высокое напряжение способно нести больше электронов, следовательно, индуцирует больший ток.
Другой способ взглянуть на это состоит в том, что напряжение - это количество потенциальной энергии, которую электрон приобретает или теряет, путешествуя от одного потенциала к другому потенциалу. Таким образом, напряжение очень похоже на потенциальную энергию в кинетике - если я подниму шар, свойства шара не изменятся, а получат потенциальную энергию.

— RJR
источник

Хорошее начало, но очень скоро впало в дерьмо. Вы когда-нибудь слышали о сверхпроводниках? Напряжение не имеет ничего общего с «способностью к транспортировке». Напряжение - это, скорее, выход энергии для единицы транспортируемого заряда.

— Incnis Mrsi

1

Если электрон был мрамором, напряжение - это высота склона, на котором находится мрамор.

Это может быть действительно высокий склон - миль в высоту. Это может быть небольшой рост - всего пара сантиметров. Вот что определяется напряжением.

— Юань М
источник

1

Я чувствую, что эта аналогия может быть расширена в отличную альтернативу и для других связанных концепций. Если напряжение - высота, то какому углу соответствует холм? Возможно сопротивление может быть представлено травой или грязью. Тогда у вас есть количество мраморов, горизонтальное расстояние от вершины холма до основания (которое будет зависеть от высоты и угла так же, как соответствующие электрические концепции) ...

— Дэн Хендерсон

Я согласен, но я нахожусь в паршивом интернет-банкомате. :-)

— Euan M

0

Скорость электронов зависит от плотности проволоки. Это также зависит от количества свободных атомов в проводнике.

Думайте об этом как о проталкивании песка сквозь камни. Чем плотнее камни, тем труднее становится проталкивать через них песок.

Чем больше песка (свободных электронов) находится внутри, тем меньше расстояние вам потребуется, чтобы вытолкнуть то же количество песка на другом конце.

Для получения подробной информации, вы можете прочитать о скорости дрейфа . Фактическая скорость электрона в этом примере составляет всего 23 мкм / с.

Фактически, напряжение будет влиять на скорость электронов : в данной формуле замените I на U / R, и вы увидите, что скорость будет увеличиваться с ростом напряжения.

— Томас Веллер
источник

0

Здесь много полезной информации, которая, надеюсь, прояснит ваш вопрос.

Напряжение можно рассматривать как разность энергий между двумя точками в сети (разность потенциалов), подумайте о падении напряжения на резисторе. Отличается на каждом конце из-за мощности, рассеиваемой на самом резисторе.

Если вам нужно учитывать напряжение питания в цепи (ЭДС, электродвижущая сила), его можно рассматривать как ток, проталкивающий давление через цепь.

записка о потоке электронов

Считается, что ток движется от + к -, однако поток электронов - от + к. Формулы и т. Д., Конечно, будут работать с этим соглашением, так как обычно мы не заботимся о потоке электронов, если только мы не занимаемся полупроводниковыми материалами, однако важно помнить, что они на самом деле текут от - к + (электрон является отрицательным носителем заряда).

Я надеюсь, что это наряду со многими другими комментариями помогает. Тони

— Тони ГР
источник

Электрон не обязательно и не обычно «движется от + к -». Он получает энергию, двигаясь от - к +.

— Incnis Mrsi

@Тони. « Условно принято, что электроны движутся от + к -, ... » Нет, условно, что ток течет от + к -. В традиционной теории цепей нас не волнует, что представляют собой фактические носители заряда или направление их движения.

— Транзистор

0

No. The simplest answer possible is that voltage is the density of electrons. That is, the "pressure" required to push them together against their repulsive force. Of course, this is complicated by other factors such as the medium in which they are moving.

— Dirk Bruere
источник