Sähkö on elektronien liikettä?

Sähkö on elektronien liikettä?

Sähkö on elektronien liikettä? Oletetaan että pystytään seuraamaan yksittäisten elektronien nopeutta sähköjohdossa tai johteissa. Millä nopeudella ne keskimäärin/todennäköisesti liikkuvat ja mitkä tekijät vaikuttavat ko. nopeuteen?

Vastaus

Tarkennetaan hieman: sähkövirta on elektronien liikettä, yleisesti sähkövarauksen liikettä. Joissain tapauksissa varausta voivat kuljettaa myös esimerkiksi ionit.

Yksittäisten elektronien liikettä ei pystytä seuraamaan, mutta sähkön ja johdinmateriaalien ominaisuudet tunnetaan siten, että pystytään suhteellisen yksinkertaisesti laskemaan elektronivirran keskimääräinen nopeus. Se on todella hidas, sillä tyypillisessä johtimessa (kupari) vapaita elektroneja on valtava määrä, noin yksi per atomi.

Elektronien keskimääräinen virtausnopeus riippuu virrantiheydestä (joka riippuu sähkövirran suuruudesta sekä johtimen paksuudesta) sekä johdinmateriaalin ominaisuuksista (vapaiden elektronien tiheys). Seuraavalla sivulla on laskettu tyypilliselle kuparikaapelille elektronien keskimääräinen nopeus, joka on suuruusluokkaa millimetrin sekunnissa:

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/ohmmic.html

Yksittäiset elektronit toki poukkoilevat johtimessa satunnaisesti eri suuntiin nopeudella, joka on suuruusluokkaa 1000km/s, mutta kun otetaan valtavan elektronimäärän keskiarvo, ne siis valuvat hitaasti edellä mainitulla nopeudella. Näin siis tasavirrassa. Vaihtovirrassa suunta muuttuu jatkuvasti, eivätkä elektronit siis keskimäärin liiku mihinkään.

Sähköinen signaali kuitenkin etenee johtimessa lähes valonnopeutta, minkä vuoksi valokin syttyy hehkulamppuun heti kun katkaisijaa kääntää.

Lisätietoa esim:

http://www.eskimo.com/~billb/miscon/speed.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Drift_speed

Myös Google-haulla "speed of electricity" löytää sivukaupalla tietoa aiheesta.

Kommentit (0)

Vastauksesi