Langsamer als eine Schildkröte - Die Geschwindigkeit der Elektrizität

Langsamer als eine Schildkröte - Die Geschwindigkeit der Elektrizität

Sie sind vielleicht überrascht zu erfahren, dass Elektronen viel durch einen typischen Kupferdraht fließen Langsamer als eine Schildkröte geht.

Jeder Draht, der einen Elektronenstrom leitet, um nutzbaren elektrischen Strom zu erzeugen, besteht aus Milliarden von Atomen. Um sich darauf zu bewegen, müssen die Elektronen diese Atome durchqueren, wobei sie zufällig im Zick-Zack-Verfahren ihren Weg durchlaufen, was dazu führt, dass die Nettoflussrate, die als "Driftgeschwindigkeit" bezeichnet wird, in eine gegebene Richtung ziemlich langsam ist.

Wie langsam genau? Zur Berechnung verwenden wir diese Formel: I = n * A * v * Q oder v = I / (n * A * Q)

I ist der Strom, n ist die Anzahl der Elektronen pro Kubikmeter, A ist der Querschnitt des Drahtes, Q ist die Ladung eines Elektrons und v ist die Driftgeschwindigkeit der Elektronen.

Da die Anzahl der Elektronen in einem Kupferdraht (n) 8,5 * 10 beträgt28 pro m3und die Ladung eines Elektrons (Q) beträgt 1,6 * 10-19C, wenn wir auch die Querschnittsfläche und den Strom kennen, können wir die Driftgeschwindigkeit der Elektronen berechnen.

Angenommen, Sie haben einen Strom von 14 Ampere und einen Kupferdraht mit einem Querschnitt von 3 * 10-6 m2. Stecken Sie alle Zahlen ein und Sie sehen, dass sich die Elektronen mit einer Geschwindigkeit von 3,4 * 10 bewegen-4 m / s - oder etwa ein Drittel eines Millimeters pro Sekunde.

Um es auf Werte zu bringen, die leichter zu verstehen sind, ergibt sich eine Geschwindigkeit von etwa 1,2 Metern pro Stunde - eine Geschwindigkeit, die weitaus langsamer ist als die durchschnittliche Schildkröte, die ungefähr 800 Fuß in derselben Zeitspanne zurücklegen kann.

Wie kann es also sein, dass etwas, das wesentlich langsamer ist als eine Schildkröte, mehr oder weniger augenblicklich ein Licht in einem Raum anzünden kann?

Kettenreaktion.

Die Atome im Draht sind von Backe zu Jowl vollgestopft, was, während es langsam geht, auch die Elektronen mehr oder weniger aneinander liegen lässt. Wenn der Schalter eingeschaltet wird, wird dank der durch den Generator erzeugten elektrischen Potenzialdifferenz eine Kraft erzeugt, um die Elektronen zu bewegen, wobei jeder seinen Nachbarn drückt, der wiederum seinen Nachbarn und so weiter durch den Draht drückt.

Während keine Elektronen durch den Draht zoomen, um das Licht einzuschalten, wie Sie vielleicht vorher gedacht haben, scheint es, als ob das der Fall ist. Dies ist nicht anders als wenn Sie Ihren Wasserhahn einschalten, das Wasser kommt sofort heraus, obwohl Ihre Wasserquelle viele Kilometer entfernt ist.

Bonus Fact:

  • Den Landgeschwindigkeitsrekord für eine Schildkröte im Wettbewerb stellte eine Leopardschildkröte namens Bertie auf, die im Jahr 2014 in knapp 20 Sekunden eine 18-Fuß-Steigung hinaufflog.

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