Apakah voltase kecepatan elektron?

27

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

voltage terminology electron

— Shadiq
sumber

8

Tegangan lebih seperti tekanan yang menggerakkan arus. Kecepatan bukanlah kecepatan elektron (yang bergerak dalam mm / s) tetapi kecepatan medan listrik (lebih seperti kecepatan cahaya).

— Transistor

1

Tegangan lebih seperti tekanan elektron.

— user253751

2

elektron ingin disamakan (lebih tepatnya adalah mengatakan bahwa mereka saling tolak). jika Anda menumpuk banyak dari mereka di satu tempat, dan membuat mereka tidak ada di dekat mereka, mereka akan benar-benar "ingin" pindah ke tempat kosong. semakin besar perbedaan antara kehadiran mereka di satu tempat, dan tidak adanya mereka di tempat lain, semakin mereka akan "ingin" bergerak. "keinginan untuk bergerak" adalah tegangan (seperti yang orang lain katakan, tekanan). jika "keinginan untuk bergerak" ini menjadi cukup kuat, muatannya dapat melewati sesuatu yang biasanya tidak mampu, seperti sambaran petir di udara.

— Dave Cousineau

4

Arus bukan jumlah elektron yang melewati kawat. Sebaliknya itu adalah jumlah muatan yang melewati kawat per unit waktu.

— nidhin

2

Anda mungkin tertarik pada tabung vakum , terutama tabung sinar-X . Tegangan antara katoda dan anoda mempercepat elektron menjadi energi tegangan * muatan elektron. Perhatikan juga bahwa 1 A = 1 C / s sementara 1 V = 1 J / C, yaitu saat arus menunjukkan muatan per waktu (seperti yang Anda sebutkan), tegangan memberi Anda energi yang dimiliki muatan.

— Tobias Kienzler

36

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.

— Elbehery
sumber

Orang mungkin menambahkan bahwa energi potensial tidak langsung diterjemahkan ke dalam energi kinetik jika hanya ada diabaikan "gesekan", misalnya dalam sebuah tabung sinar (dievakuasi) katoda. Energi kinetik suatu elektron memang diukur dalam "volt elektron", eV, energi yang didapat atau hilang oleh elektron ketika bergerak melalui perbedaan potensial 1 Volt.

— Peter - Reinstate Monica

Itu tidak begitu terisolasi kan? Karena Dengan V = I / R, peningkatan V juga memaksa peningkatan I. Jadi jumlah coulomb juga meningkat dengan jumlah yang sama.

— Cojones

28

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.

— pjc50
sumber

Ini analogi yang baik, tetapi penting untuk dicatat bahwa elektron mengalir keluar dari sisi negatif, bukan dari sisi positif.

— DerStrom8

Maaf, label yang tidak memadai oleh saya di sana: jika Anda memiliki sumber daya DC, elektron akan meninggalkan kabel yang terhubung di sisi positifnya dan masuk ke sumber daya.

— pjc50

Tegangan bukan tentang gaya (= energi / perpindahan). Tegangan adalah tentang perbedaan potensial energi . Itu adalah kekuatan medan yang, dikalikan dengan muatan, menghasilkan kekuatan.

— Incnis Mrsi

5

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

— Foton001
sumber

7

Masalah dengan analogi ini adalah tekanan yang lebih tinggi memberi air dengan kecepatan yang lebih besar, yang mungkin menyebabkan penanya bingung - ini adalah satu tempat di mana analogi populer air terhadap listrik rusak. Ini adalah cara yang baik dan intuitif untuk menjelajahi banyak aspek listrik, selama Anda tidak melihatnya dengan hati-hati.

— talrnu

Ya @talrnu, jika kita mempertimbangkan kecepatannya kita akan bingung. Ini bukan analogi kelistrikannya, Hanya saya mengambil dua fenomena tekanan dan kuantitas air untuk dengan mudah memahami apa itu tegangan dan arus

— Photon001

1

Setuju, jawaban ini bermasalah karena kecepatan air yang mengalir meningkat dengan tekanan, sedangkan kecepatan di mana elektron merambat melalui media tertentu adalah konstan bahkan jika "tekanan" (tegangan) meningkat. Saya pikir apa yang sebenarnya ditanyakan OP adalah alasannya .

— Agustus

4

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).

— Antonio
sumber

3

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 .

— Andy alias
sumber

2

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.

— FiddyOhm
sumber

2

Tidak yakin apakah "hampir kecepatan cahaya" adalah ekspresi yang tepat - ini sekitar setengahnya dalam PCB biasa dan 2/3 dalam membujuk umum.

— pipa

@pipe Saya pikir perbedaannya adalah bahwa satu elektron dapat berjalan pada, katakanlah, setengah dari kecepatan cahaya, tetapi mengingat bola dalam analogi tabung, waktu respons antara mendorong bola pertama dan bola terakhir yang jatuh hampir seketika (mendekati kecepatan cahaya).

— DerStrom8

2

@ DerStrom8 Tidak, waktu respons adalah kecepatan sinyal di sini, yang diperlambat oleh dielektrik pada PCB dan kabel. Ini hanya mendekati kecepatan cahaya dalam kawat telanjang. Satu elektron bergerak jauh lebih lambat dari setengah kecepatan cahaya.

— pipa

Hmm, saya tidak yakin tapi saya tidak akan membantahnya. Kelas fisika sudah lama sekali = P

— DerStrom8

1

@IncnisMrsi Memang, menghitungnya saya mendapatkan lebih banyak seperti 1,08E5 m / s pada 300K.

— Spehro Pefhany

2

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).

— Simon B
sumber

Saya tidak akan berbicara tentang tekanan. Ini konsep yang sangat berbeda, IMHO.

— Antonio

2

@Antonio Tekanan dan tegangan adalah konsep yang sangat mirip, jika tidak identik.

— endolith

@endolith, sekarang profesor fisika saya mungkin akan membalik makamnya. :-)

— Antonio

1

@Antonio Pasang dinamo dan hasilkan beberapa voltase: D

— endolith

1

@endolith Saya selalu menggunakan aliran air dan tekanan sebagai analogi untuk arus dan tegangan. KCL dan KVL bekerja dengan sangat baik.

— Menang

2

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.

— Ben Miller - Pasang kembali Monica
sumber

2

Saat ini bukan kecepatan elektron melalui kawat, itu laju di mana mereka mengalir melewati. Jika saluran lebih lebar, mereka akan mengalir lebih lambat untuk menghasilkan arus yang sama.

— endolith

@ endolith Kecepatan, kecepatan, cukup dekat. :) Saya mengubah kata-katanya sedikit. Lebih baik? Intinya adalah bahwa saat ini adalah perubahan dari waktu ke waktu yang saya percaya OP bertanya tentang

— Ben Miller - Pasang kembali Monica

Ya lebih baik. :)

— endolith

1

@ JohnPeters Saya pikir agak terlalu sederhana untuk mengatakan bahwa arus adalah "jumlah" listrik Arus adalah jumlah muatan listrik yang melewati suatu titik dalam satuan waktu. Dalam hal itu, itu adalah tingkat (atau kecepatan, jika Anda suka) dari muatan.

— Ben Miller - Reinstate Monica

1

@ JohnPeters Berapa kecepatan listrik? apakah kecepatan elektron dalam konduktor atau kecepatan perubahan tegangan?

— Crowley

1

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.

— RJR
sumber

Awal yang baik, tetapi segera menyelinap ke omong kosong. Pernah mendengar tentang superkonduktor? Tegangan tidak ada hubungannya dengan "kemampuan untuk mengangkut". Tegangan, lebih tepatnya, output energi untuk unit muatan yang diangkut.

— Incnis Mrsi

1

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.

— Euan M
sumber

1

Saya merasa analogi ini dapat diperluas menjadi alternatif yang bagus untuk konsep terkait lainnya juga. Jika voltase adalah tinggi, sesuai dengan sudut bukit itu? Mungkin perlawanan bisa diwakili oleh rumput atau lumpur. Kemudian Anda mendapatkan jumlah kelereng, jarak horizontal dari puncak bukit ke pangkalan (yang akan berhubungan dengan ketinggian dan sudut seperti halnya konsep kelistrikan yang sesuai) ...

— Dan Henderson

Saya setuju, tapi saya di atm internet buruk. :-)

— Euan M

0

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.

— Thomas Weller
sumber

0

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

— Tony GR
sumber

Elektron tidak selalu atau biasanya "bergerak dari + ke -". Ia memperoleh energi yang bergerak dari - ke +.

— Incnis Mrsi

@Tony. " Konvensi dianggap bahwa elektron bergerak dari + ke -, ... " Tidak, konvensi adalah arus mengalir dari + ke -. Dalam teori sirkuit konvensional, kami tidak peduli apa pembawa muatan sebenarnya atau arah pergerakannya.

— Transistor

0

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.

— Dirk Bruere
sumber