Visa fråga/svar

 

Elektricitet-Magnetism [9549]

Fråga:
Bland era frågor/svar finner jag flera intressanta svar på frågor som berör elektronernas hastighet i en ledare. Jag lär mig att hastigheten är beroende av ledarens tvärsnittsarea och strömstyrkan. 1)Finns det formel för att räkna ut denna hastighet? 2)Hur ser ni som är ämnesföreträdare på resonemang av denna typ: "Ju högre spänning, desto snabbare rör sig elektronerna vilket i sin tur medför att exempelvis en lampa som är ansluten till kretsen lyser starkare. " Traditionellt antar jag att en lärare skulle tala om att högre spänning ger en större ström i en viss krets, jag är intresserad av vilka fysikaliska betänkligheter ni kan se om vi istället skulle tala i termer av elektroners hastighet. Det senare tilltalar elevers förförståelse i betydligt mycket mer än ex förklaringar som bygger på analogier (tex vattenanalogin) av olika slag.
/Mattias L

Svar:
En del av elektronerna i en metall är fria, det vill säga att de inte är bundna till en särskild atom. De bildar en speciell typ av gas (Fermigas). Antalet fria elektroner per atom kan vara 1 till 6. Det är denna Fermigas som binder ihop atomerna i metallen. Alkalimetallerna (som natrium och kalium) har en fri elektron och är löst bundna. De är mjuka och har låg smältpunkt. Wolfram har 6 fria elektroner och är hårt bunden. Metallen är hård och har mycket hög smältpunkt.

Det är denna elektrongas som bestämmer de metalliska egenskaperna som metallglans och ledningsförmåga för elektricitet och värme. Typisk hastighet för elektronerna i denna gas är 1000 km/s. Alltså, när man talar om elektronernas "hastighet" i en ledare, menar man i de flesta fall elektrongasens drifthastighet.

Detta som inledning till dina frågor.

1. Vad du behöver veta är att 1 A = 1 C/s och att elektronladdningen är 1.6 * 10-19 C. Dessutom behöver du veta elektrontätheten, ne (fria elektroner/m3. För att räkna ut denna behöver du veta antalet fria elektroner per atom (1 - 6), densiteten, atomvikten och Avogadros tal (6.022 * 1023 mol-1). Sedan är det bara att räkna på.

2. Det primära är strömmen. Sedan kan man ju använda Ohms lag för att räkna om till spänning.

Ett uttryck för drifthastigheten vd kan härledas från den på tiden t transporterade laddningen

Q = vd*t*A*ne*q

A är ledningens tvärsnittsyta och q är elektronens laddning 1.60*10-19 C. Dividerar man med t får man

Q/t = I = vd*A*ne*q

och

vd = I/(A*ne*q)

Om man sätter in rimliga värden får man det mycket låga värdet c:a 0.28 mm/s, se bilden nedan och Drift_velocity .



/KS/lpe

Se även fråga 3460

Nyckelord: elektrisk ström, hastighet [4];

*

 

 

Frågelådan innehåller 7429 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2019-10-08 11:27:56.


sök | söktips | Veckans fråga | alla 'Veckans fråga' | ämnen | dokumentation | ställ en fråga
till diskussionsfora

 

Creative Commons License

Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons:
Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar
.