Frage:
Wenn sich Elektronen in einem Stromkreis langsam bewegen, welches Signal oder welche Energie bewegt sich dann mit Lichtgeschwindigkeit?
Sedumjoy
2017-02-23 10:42:21 UTC
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Ich lese "Radio Theory Handbook" und bin verwirrt mit der Aussage, dass sich Elektronen im Schneckentempo durch den Draht bewegen. Aber der "elektrische Effekt" ist augenblicklich. Ich nehme an, er meint die Lichtgeschwindigkeit. Was ist dann dieses mysteriöse elektrische Signal im Draht, das sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt? Ist es der EMF? Elektrizität ist per Definition der Elektronenfluss. Doch sollen sich die Elektronen langsam bewegen? Es kann keinen Widerspruch geben. Ich bitte um Hilfe bei der Klärung. Vielen Dank. Es gibt noch eine andere Frage: "Ist Spannung die Geschwindigkeit der Elektronen? Dies ist nicht dieselbe Frage. Ich frage nicht nach Spannung. Ich frage nach dem offensichtlichen Widerspruch angesichts der Tatsache, dass Elektrizität, die der Elektronenfluss ist, eine fast augenblickliche Wirkung hat während die Elektronen selbst sehr langsam sind. Obwohl es nicht dieselbe Frage ist, gab es dort genug nützliche Informationen und zusammen mit all den hervorragenden Antworten, die meine Frage gut erklärt hat.

Bitte lesen Sie die Antwort zu [this] (http://electronics.stackexchange.com/a/103277/38335).Das ist ein guter :)
In der Grundschule definieren sie Elektrizität als Ladungsfluss, in der Physik ist die Elektrizitätsmenge die Ladung selbst.Dies führt zu unnötiger Verwirrung.(Ist "Elektrizität" nur die Bewegung von Elektrizität?) Eine Möglichkeit, Dinge zu reparieren, besteht darin, zu erklären, dass Ladung, Strom und EM-Energie existieren, aber es gibt keine "Elektrizität".
leitfähige Moleküle arbeiten wie (aber viel schneller als) die Waffenwelle in einem Stadion ... wandern aber langsam.Wir verwenden die langsame Migrationsgeschwindigkeit für nichts in elektronischen Designs.
Elektronen bewegen sich nicht langsam.Sie bewegen sich sehr schnell, sie ändern ständig die Richtung, so dass sie in einer bestimmten Richtung nicht so schnell signifikante Fortschritte machen.
Zum Vergleich: Schall bewegt sich mit Schallgeschwindigkeit, Luft bewegt sich jedoch nur mit Windgeschwindigkeit.
[Diese] (http://electronics.stackexchange.com/a/103521/18035) Antwort, Punkt (3) erklärt es gut.Speziell der Teil über den Wasserschlauch.
@DavidSchwartz Im Vergleich zur Geschwindigkeit einer EM-Welle durch den Leiter bewegen sich die Elektronen tatsächlich sehr langsam.Sie scheinen den Fermi-Strom zu verwirren - die zufälligen Bewegungen von Ladungen aufgrund von Wärmeenergie (ca. 1,6 x 10 ^ 6 m / s) und Driftstrom - Ladungen, die sich aufgrund des angelegten Feldes (0,004 m / s) in eine bestimmte Richtung bewegen.[Angaben für Kupferdraht] Lichtgeschwindigkeit 300 x 10 ^ 6 m / s.Dies ist der Driftstrom, der für den Stromfluss in der Schaltung von Bedeutung ist.
Überrascht habe ich den Begriff Driftgeschwindigkeit noch nicht gesehen.
Das elektrische Feld
Fünf antworten:
#1
+19
Austin
2017-02-23 10:59:40 UTC
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Es sind Änderungen in den Feldern innerhalb und um den Draht, die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Stellen Sie sich den Draht als eine hohle Röhre voller Elektronen vor. Wenn es keinen Strom gibt, sitzen alle Elektronen dort und stoßen sich gegenseitig ab, aber da es keinen Ort gibt, an den sie gehen können, sitzen sie einfach still.

Wenn ein Elektron auf der Rückseite des Drahtes (z. B. durch eine Batterie) gedrückt wird, nähert es sich seinen vorderen Nachbarn und schiebt sie dann nach vorne. Diese Elektronen beginnen sich zu bewegen, was dazu führt, dass sie auf ihre Nachbarn drücken. Schließlich bewegen sich alle Elektronen den Draht hinunter.

Die Geschwindigkeit, mit der die Elektronen hören, wie sich ihre Nachbarn bewegen, bestimmt, wie schnell sich das Signal über den Draht bewegt. Nichts an diesem Prozess erfordert tatsächlich, dass die Elektronen tatsächlich schnell irgendwohin gehen, nur dass ihre Nachbarn Veränderungen schnell spüren.

Dies ist alles eine enorme Vereinfachung, in Wirklichkeit gibt es ein kontinuierliches elektrisches Feld und es wird ein Magnetfeld um den Draht erzeugt, und natürlich ist der Draht nicht hohl, aber dieses Bild kann helfen, das Konzept zu erhalten.

#2
+13
Arkadeb Sengupta
2017-02-23 10:55:29 UTC
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Könnten wir es mit so etwas vergleichen?Stellen Sie sich einen wirklich langen Zug mit einer großen Anzahl von Bussen vor.Der Motor beginnt sich sehr, sehr langsam zu bewegen.Sofort beginnt sich auch der letzte Trainer zu bewegen.Die Geschwindigkeit des Motors hat keinerlei Beziehung zu der Geschwindigkeit, mit der die Informationen des Zuges, der sich zu bewegen beginnt, weitergegeben werden.

Die Elektronen sind wie die Trainer.

Andere Beispiele: Schall bewegt sich mit Schallgeschwindigkeit, auch wenn kein Wind weht.Das Signal wird nicht von den Partikeln getragen, sondern von der Wechselwirkung zwischen diesen.
Bei Zügen kommt es häufig zu einer Reihe von Knallen, da die lockeren Kupplungen zwischen den Wagen die Last aufnehmen. Dies hängt mit der Geschwindigkeit an der Vorderseite zusammen, da jeder Wagen eine gewisse Strecke zurücklegen muss, bevor das hintere Fahrzeug gespannt wird.Wenn Sie ein physisches Beispiel wünschen, nehmen Sie eine Schnur und binden Sie sie an eine Wand.Streichen Sie mit dem anderen Ende.Wie schnell bewegte sich die Schnur in Richtung Wand?Offensichtlich bewegte es sich überhaupt nicht in diese Richtung, aber die Welle auf der Saite war immer noch da.
#3
+7
Los Frijoles
2017-02-23 10:57:43 UTC
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Elektronen selbst bewegen sich mit der herrlichen Geschwindigkeit von Bruchteilen eines Millimeters pro Sekunde.Sie sind jedoch so nah beieinander, dass sie ständig aufeinander treffen.Dadurch wandert ein elektrisches Signal mit einer Geschwindigkeit von normalerweise etwa 2/3 der Lichtgeschwindigkeit über einen Draht.Diese Geschwindigkeit kann auch durch verschiedene Schaltungselemente effektiv verlangsamt werden.Ein Signal in einem Koaxialkabel läuft langsamer als ein Signal in einem frei hängenden Draht.Weitere Informationen hierzu finden Sie in Wikipedia zum Geschwindigkeitsfaktor, insbesondere zum Geschwindigkeitsfaktor in einer verlustfreien Übertragungsleitung.

Was den "elektrischen Effekt" betrifft, spricht er wahrscheinlich über die elektromagnetische Strahlung, die durch bestimmte Schwingungen in Schaltkreisen erzeugt werden kann (Änderungen des elektrischen Feldes, die zu Radiowellen führen, Elektronen, die sich zwischen Energiezuständen in LEDs bewegen usw.).Diese bewegen sich im Vakuum mit Lichtgeschwindigkeit, weil elektromagnetische Strahlung Licht ist und umgekehrt

Sie haben Bewegung mit Nettobewegung (Volumengeschwindigkeit oder Driftgeschwindigkeit) verwechselt.
Der Wiki-Artikel enthält einen Namen und eine Beschreibung für die Wellenausbreitung.
#4
+6
Mark Tillotson
2017-02-23 18:07:14 UTC
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Die Elektronen bewegen sich aufgrund der Wärmeenergie zufällig (genauer gesagt bei der Fermi-Energie, sobald Sie anfangen, in Quantenbegriffen zu denken). Diese zufällige Bewegung hat jedoch keinen Nettoeffekt im großen Maßstab, außer um Johnson-Rauschen zu erzeugen.

Dieser zufälligen Bewegung ist die Driftgeschwindigkeit überlagert, die aufgrund des makroskopischen Stroms ein Schneckentempo ist. Jedes 64 g Kupfer hat einen Faraday an Ladung in seinen freien Elektronen (96500 Coulomb), so dass sie sich nicht schnell bewegen müssen, um einen großen Strom zu erzeugen.

Die elektrischen und magnetischen Felder bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit im Isoliermedium um den Draht herum. Dies überträgt das Signal und steuert alles - der Strom im Draht reagiert auf das elektrische Feld, beginnend an der Oberfläche und nach unten in die Masse des Metalls entsprechend dem Hauteffekt.

Bei Hochfrequenzen wird der gesamte Strom in den äußersten wenigen Mikrometern des Leiters geführt, so ziemlich die gesamte Aktion findet im Raum oder Isolator um den Draht (oder innerhalb des Wellenleiters) statt.

Ihre Kommentare basieren auf der Quantenmechanik, aber interessant scheinen sie die im "Handbuch der Radiotheorie" beschriebenen Effekte sehr schön abzudecken.
Ich habe zu lange gewartet, um meinen Kommentar zu bearbeiten.Ich habe gerade bemerkt, dass Sie sagen "elektrische und magnetische Felder bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit im Isoliermedium".Warum das Isoliermedium?warum nicht der leitende Draht oder der leere Raum für diese Angelegenheit?
@Sedumjoy, in festem Kupfer verlangsamen sich die EM-Wellen und breiten sich in der Größenordnung von Metern / Sek. Aus.Dies ist der Ursprung des Hauteffekts, bei dem Wellen ungefähr 10 ms benötigen, um 10 mm nach innen in das Kupferkabel zu gelangen.Gleichzeitig strömt elektrische Energie (EM-Wellen) mit Lichtgeschwindigkeit in Längsrichtung entlang der Kupferübertragungsleitung.Wenn Sie eine Kunststoffisolierung hinzufügen (oder Koax verwenden), bewegen sich die Wellen langsamer: mit Lichtgeschwindigkeit in Kunststoff.
#5
+4
wbeaty
2017-02-23 12:56:34 UTC
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Ja, 1) Elektronen bewegen sich extrem langsam und in Wechselstromsystemen halten sie ständig an und kehren die Richtung um. 2) Metalldrähte sind immer mit enormen Mengen an Elektronen gefüllt. 3) Batterien und Generatoren sind Elektronenpumpen. t die gepumpten Elektronen erzeugen oder "erzeugen".

Das 'mysteriöse Signal' ist genau das. Es hat verschiedene Namen: elektrische Signale, elektromagnetische Energie, elektrische Wellen, EM-Wellen. Es bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit, weil es IS Licht / Radio / EM ist. Wenn wir einen Ring aus beweglichen Elektronen (einen Metallkreis) haben und plötzlich an einer Stelle eine Pumpkraft aufbringen, breiten sich elektromagnetische Wellen mit Lichtgeschwindigkeit im Kreis aus, bis alle Ladungen des Metalls die Nachricht erhalten 'und bewege dich.

Ähnliche Frage: Was verkaufen Elektrizitätsunternehmen? Nicht aktuell, da der Pfad für Strom eine geschlossene Schleife ist. Sie verkaufen 60-Hz-Funkwellen, aber Wellen werden über Übertragungsleitungen gesendet und von entfernten Motoren und Lichtern absorbiert. In Ihrer Hausverkabelung und in den langen Übertragungsleitungen schwingen Elektronen hin und her, aber die EM-Wellen gehen kontinuierlich vorwärts. Verwechseln Sie das "Medium" nicht mit den "Wellen". Im leeren Raum benötigen Licht und Radio kein Medium, aber wenn sich elektromagnetische Wellen entlang von Drähten ausbreiten, wirken die beweglichen Elektronen als "Medium" für die Ausbreitung von EM-Wellen

Hier ist ein verwirrender Aspekt: Der Fluss der EM-Wellen hat keine Frequenzgrenze und arbeitet bis auf Null Hz.Die EM-Feldbeschreibung von 2-Draht-Übertragungsleitungen gilt auch für Taschenlampen.Wenn eine Batterie eine Glühbirne anzündet, wandern EM-Wellen mit Lichtgeschwindigkeit von Batterie zu Glühbirne.Dieser Effekt wird bei 100-MHz-Signalgeneratoren deutlich, bleibt jedoch bei 60 Hz und bei Gleichstrom gleich.In Gleichstromsystemen können wir den Hochgeschwindigkeits-Energiefluss nur erfassen, wenn wir den Fluss plötzlich starten oder stoppen, um eine scharfe Kante zu erzeugen, die verfolgt werden kann.Ein anderer Name für Ihr mysteriöses Signal könnte sein: "DC-Wellenenergie!":)

  • DC-Übertragungsleitungsfelder
  • Buch: 'Die Felder der Elektronik'
  • Elektrostatik einfacher Schaltkreise
  • Weitere Links ...
  • Ich wünschte fast, ich hätte mit dem Buch "The Fields of Electronics" anstelle von "Radio Theory Handbook" begonnen. Die anderen Ressourcen sind eine gute Ergänzung zu dem Buch, das ich verwende.


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