Apakah voltase kecepatan elektron?

Arus adalah jumlah elektron yang melewati kawat. Bisakah kita mengatakan bahwa tegangan adalah kecepatan dari elektron-elektron itu?

Apakah voltase kecepatan elektron?

Tidak, itu bukan kecepatan elektron yang bergerak di dalam konduktor.

Unit tegangan adalah energi potensial per pengisian :

Sebuah contoh...

Bayangkan kita memiliki bola bermassa M = 10 kg .

Bola ini ada di medan gravitasi konservatif (medan gravitasi bumi). Jika kita ingin menaikkannya dengan ketinggian 1 meter, kita harus - entah bagaimana - memasok sejumlah energi X , yang memberi bola kecepatan yang cukup untuk bergerak 1m di atas permukaannya.

Kami akan memberi bola jumlah energi ini dalam hal energi kinetik (kecepatan). Jadi kami melempar bola ke atas dengan beberapa kecepatan, dan saat bola bergerak ke atas, kecepatannya menurun; dan energi potensial meningkat hingga berhenti dan semua energi kinetik diubah menjadi energi potensial.

Gambar berikut menunjukkan jumlah energi potensial untuk bola bermassa M = 10 kg pada ketinggian berbeda di atas permukaan laut:

Tetapi bagaimana jika kita ingin membuat skala generik?
Untuk setiap bola dengan massa acak, pada ketinggian berapa pun, kita bisa mendapatkan jumlah energi untuk setiap 1 kg di dalamnya (Energi per massa):

Sekarang kita dapat mengatakan bahwa, pada ketinggian 3 meter di atas permukaan laut, benda apa pun dari massa X akan memiliki jumlah energi yang sama dengan 29,4 joule untuk setiap 1 kg massa. Ini karena medan gravitasi bumi .

Tegangan , atau potensial listrik , adalah jumlah energi potensial (joule) yang dimiliki "benda bermuatan" dalam medan listrik , untuk setiap 1 coulomb muatan listrik di dalamnya.

Tegangan adalah properti dari medan listrik.

Medan listrik berperilaku sedikit seperti medan gravitasi. Objek dalam medan gravitasi ditarik bersama. Jatuhkan batu di medan gravitasi dan itu akan mempercepat ke bawah, mengambil energi dari lapangan.

Medan listrik, tidak seperti medan gravitasi, memiliki polaritas. Jatuhkan elektron ke medan listrik dan akan berakselerasi ke arah muatan positif. Elektron tidak memiliki tegangan, ia memiliki muatan: coulomb .$1.6×10^{−19}$

Seberapa besar gaya yang diberikan pada elektron bergantung pada tegangan sisi positif dan negatif medan dan jaraknya.

Itu semua di ruang kosong. Bagaimana dengan di dalam kawat? Situasi di sana jauh lebih seperti sebuah tabung berisi bola daripada ruang kosong. Berikan kekuatan pada bola di satu ujung dan itu akan mendorong bola di ujung lainnya keluar. Berikan voltase ke kabel dan elektron akan bergerak, memaksa yang keluar dari ujung positif. Jumlah gaya yang diterapkan sesuai dengan tegangan yang diterapkan pada kawat.

Hal utama tentang model ini adalah bahwa gaya bergerak jauh lebih cepat daripada bola / elektron yang mentransmisikannya - tidak memerlukan bola / elektron untuk melaluinya, ia hanya membutuhkannya untuk mendorong tetangganya.

Ambil skenario waktu nyata,

Kita bisa menganggapnya sebagai analogi air.

Mari kita pertimbangkan tangki overhead dan keran air yang dipasok dari tangki atas ini.

Sekarang,

Setiap kali membuka air keran akan datang melalui keran ini.

The jumlah air yang datang melalui setara dengan saat ini

Pada saat Tekanan datang, itulah tegangan

Tidak, tegangan adalah "energi potensial" yang diberikan kepada elektron. Seperti jika kamu mengambil batu dan mengangkat. Sampai Anda tidak menghubungkan muatan, elektron tidak pergi ke mana pun.

Jika Anda membiarkannya jatuh ke batu (atau menghubungkan resistor di sumber tegangan Anda) energi memindahkan batu (elektron).

Apakah voltase kecepatan elektron?

Tidak

Tegangan adalah ukuran berapa banyak energi yang dikirim untuk mengisi daya. Pada dasarnya, elektron (muatan dasar) diberikan 1,602 × 10 ⁻¹⁹ joule ketika dipindahkan melalui perbedaan potensial listrik satu volt. Sebuah elektron dikatakan memiliki energi 1 elektronvolt.

Jadi tegangan adalah energi yang dibagi oleh muatan.

Anda dapat mulai dengan kekuatan dan melipatgandakannya dengan waktu untuk mendapatkan energi:

Energi = Daya × waktu = V ⋅ I × waktu.

Sekarang gantikan Q (charge) untuk waktu × saat ini dan Anda mendapatkan:

Energi = V ⋅ Q atau V = energi / Q .

Ini sebenarnya pertanyaan fisika. Saya tidak percaya ada metode eksperimental yang tersedia dalam batas-batas disiplin teknik listrik untuk menjawab pertanyaan ini secara kredibel.

Karena itu, umumnya diyakini bahwa kecepatan elektron dalam konduktor yang mengalami aliran arus sebenarnya cukup lambat dibandingkan dengan kecepatan cahaya. Ini sering disebut sebagai "kecepatan melayang" dari elektron. Namun, efek tegangan dan arus pada elektron diperbanyak melalui konduktor pada kecepatan cahaya yang hampir sama. Analogi yang biasa adalah pipa yang diisi dengan kelereng. Jika Anda mendorong marmer di salah satu ujung pipa, marmer di ujung yang lain akan mengalami dorongan hampir seketika meskipun tidak ada kelereng menengah yang bergerak.

Tegangan adalah tekanan yang mendorong elektron di sekitar suatu sirkuit. Itu tidak mengatakan apa pun tentang kecepatan mereka. Jika Anda menggunakan baterai 1.5V dan tidak menghubungkannya dengan apa pun, maka masih ada 1.5V, meskipun tidak ada elektron yang mengalir di mana pun.

Selanjutnya, tegangan adalah perbedaan tekanan antara dua titik. Anda hanya dapat mengukur tegangan antara satu titik dan titik lainnya. Itu sebabnya juga disebut "beda potensial".

Dimungkinkan untuk menghitung kecepatan elektron rata-rata jika Anda mengetahui arus, sifat-sifat fisik kawat (khususnya luas penampangnya) dan sifat-sifat bahan yang terbuat dari kawat (jarak antar atom, dan berapa banyak elektron bebas ada per atom).

Tidak, tegangan bukanlah kecepatan elektron melalui kabel, tetapi arus (hampir) adalah.

Anda berkata, "Arus adalah jumlah elektron yang melewati kawat," tetapi ini tidak sepenuhnya benar. Arus adalah jumlah muatan listrik (elektron) yang melewati konduktor per unit waktu. The ampere , unit kami ukuran untuk saat ini, didefinisikan sebagai 1 coulomb muatan listrik per detik. Saat ini adalah nilai kurs.

Untuk analogi pipa air , muatan (coulomb) dianalogikan dengan volume air (galon), arus (amp) analog dengan laju aliran air (galon per menit), dan tegangan dianalogikan dengan tekanan air yang menyebabkan mengalir.

Tegangan bukanlah properti elektron. Elektron adalah 'subyek' sebagaimana adanya. Tegangan (atau beda potensial) adalah 'kemampuan' untuk mengangkut muatan tertentu. Dalam elektronik, muatan ini umumnya dibawa oleh elektron. Tegangan yang lebih tinggi dapat membawa lebih banyak elektron, karenanya menginduksi arus yang lebih tinggi.
Cara lain untuk melihatnya adalah bahwa tegangan adalah jumlah energi potensial yang diperoleh atau dilepaskan oleh elektron dengan berpindah dari satu potensial ke potensial lain. Dengan cara ini, tegangan sangat mirip dengan energi potensial dalam kinetika - jika saya mengangkat bola, sifat bola tidak berubah tetapi mendapatkan energi potensial.

Jika sebuah elektron adalah kelereng, Tegangan seperti ketinggian kemiringan yang kelereng di atas.

Mungkin lereng yang sangat tinggi - mil tinggi. Ini mungkin kenaikan kecil - hanya beberapa sentimeter. Itulah yang ditentukan oleh tegangan.

Kecepatan elektron tergantung pada kerapatan kawat. Itu juga tergantung pada jumlah atom bebas dalam konduktor.

Pikirkan itu seperti mendorong pasir melalui batu. Semakin padat batunya, semakin sulit mendorong pasir melewatinya.

Semakin banyak pasir (elektron bebas) di dalam, semakin sedikit jarak yang Anda perlukan untuk mendorong jumlah pasir yang sama yang keluar di ujung lainnya.

Untuk detailnya, Anda bisa membaca tentang kecepatan drift . Kecepatan sebenarnya dari sebuah elektron dalam contoh hanya ada sesedikit 23μm / s.

Bahkan, tegangan akan mempengaruhi kecepatan elektron : dalam rumus yang diberikan, ganti I dengan U / R dan Anda akan melihat bahwa kecepatannya akan meningkat dengan tegangan.

Banyak informasi bagus di sini untuk mudah-mudahan memperjelas pertanyaan Anda.

Tegangan dapat dianggap sebagai perbedaan energi antara dua titik dalam jaringan (beda potensial), pikirkan tentang voltase yang jatuh melintasi resistor. Berbeda di setiap ujungnya karena daya yang dihamburkan melintasi resistor itu sendiri.

Jika Anda mempertimbangkan tegangan suplai ke sirkuit (EMF, gaya gerak listrik), ini dapat dianggap sebagai tekanan yang memaksa arus melalui sirkuit.

catatan tentang aliran elektron

Konvensi dianggap bahwa arus bergerak dari + ke -, namun aliran elektron ini adalah - ke +. Rumus dll tentu saja akan bekerja dengan konvensi ini, seperti biasanya kita tidak peduli tentang aliran elektron, kecuali kita ke hal-hal semikonduktor, namun penting untuk diingat mereka benar-benar mengalir dari - ke + (elektron menjadi pembawa muatan negatif).

Saya harap ini bersama dengan banyak komentar lainnya membantu. Tony

Tidak. Jawaban sesederhana mungkin adalah tegangan adalah kerapatan elektron. Artinya, "tekanan" yang diperlukan untuk mendorong mereka bersama-sama melawan kekuatan tolak mereka. Tentu saja, ini dipersulit oleh faktor-faktor lain seperti media di mana mereka bergerak.