Prędkość przepływu prądu elektrycznego w przewodniku

[Robert]

Witam.

Moje pytanie odnosi się do prędkości przepływu uporządkowanych elektronów
jakimi jest prąd elektryczny, mam na myśli przewody np miedziane, ale także
nadprzewodniki.
Czy prędkość ta jest równa prędkości światła w próżni, czy też mniejsza (np
dlatego że elektron posiada masę)?

[Jakub Wróblewski]

Witam,

Post by Robert
Moje pytanie odnosi się do prędkości przepływu uporządkowanych elektronów
jakimi jest prąd elektryczny, mam na myśli przewody np miedziane, ale także
nadprzewodniki.
Czy prędkość ta jest równa prędkości światła w próżni, czy też mniejsza (np
dlatego że elektron posiada masę)?

FAQ:
http://dione.ids.pl/~pborys/fizyka/faq/node61.html
Aczkolwiek slyszalem tez (na tej grupie), ze predkosci te sa nizsze (rzedu
np. 80% c). Jesli tak, to warto FAQ uzupelnic.

Pozdrawiam,
Jakub Wroblewski

[Andrzej S]

Witam,

Post by Robert
Moje pytanie odnosi się do prędkości przepływu uporządkowanych elektronów
jakimi jest prąd elektryczny, mam na myśli przewody np miedziane, ale także
nadprzewodniki.
Czy prędkość ta jest równa prędkości światła w próżni, czy też mniejsza (np
dlatego że elektron posiada masę)?

W normalnym przewodniku coś ok. 30 cm/s :-) ale mogę się mylić.

[Maciek]

Post by Robert
Witam.
Moje pytanie odnosi się do prędkości przepływu uporządkowanych
elektronów jakimi jest prąd elektryczny, mam na myśli przewody
np miedziane, ale także nadprzewodniki.
Czy prędkość ta jest równa prędkości światła w próżni, czy też
mniejsza (np dlatego że elektron posiada masę)?

Oczywiście jest dużo mniejsza. :-)
I oczywiście nie wynika to z masy elektronu. :-))

Wynika to z jego ładunku.


Weżmy przewód miedziany. Gęstość miedzi wynosi ok. 8920 kg/m^3.
Masa atomowa miedzi wynosi ok. 63 u (jednostek masy atomowej),
a poniewaz u=1,66 * 10^-27 kg, to mamy blisko
(8920 / 1,66) * 10^27 ~= 5400 * 10^27 atomów/m^3.
Każdy atom miedzi daje do wspólnego "gazu elektronowego" jeden
elektron, więc w miedzi mamy tyle właśnie swobodnych nośników
prądu: około 5400 * 10^27 elektronów na metr sześcienny.

Każdy elektron ma ładunek elementarny ok. 1,6 * 10^-19 C,
a więc w każdym m^3 miedzi mamy swobodny ładunek około
5400 * 10^27 * 1,6 * 10^-19 C = 8,6 * 10^11 C

Weź przewód o przekroju 1 mm^2 i puść przezeń prąd 10 A.
Dziesięć amperów to jest dziesięć kulombów na sekundę - taki
masz przepływ ładunku. To znaczy, że przez poprzeczny przekrój
przewodu przepływa w każdej sekundzie objętość
10 C : (8,6 * 10^11 C/m^3) = 1,16 * 10^-11 m^3
gazu elektronowego. Ponieważ zaś przekrój przewodu wynosi
1 milimetr kwadratowy = 10^-6 m^2, to prędkość tego gazu:
(1,16 * 10^-11 m^3/s) : (10^-6 m^2) = 1,16 * 10^-5 m/s

W opisanych warunkach masz więc prędkość unoszenia elektronów
w przewodniku około 12 mikrometrów na sekundę.

Jak widać jest to dużo mniej, niż prędkość światła.
I masa elektronu nigdzie nie wchodzi do rzchunków. :-))


Maciek

[Maciek]

Post by Robert
Witam.
Moje pytanie odnosi się do prędkości przepływu uporządkowanych
elektronów jakimi jest prąd elektryczny, mam na myśli przewody
np miedziane, ale także nadprzewodniki. (....)

(...) Gęstość miedzi wynosi ok. 8920 kg/m^3.
Masa atomowa miedzi wynosi ok. 63 u (...),
Weź przewód o przekroju 1 mm^2 ....
(.........)
W opisanych warunkach masz więc prędkość unoszenia elektronów
w przewodniku około 12 mikrometrów na sekundę.

Hmmm... Coś nie wyszło.
Pamiętam, że powino być rzędu centymetrów na sekundę,
i to samo mówi FAQQ, wskazany przez Jakuba.

Praca domowa: gdzie jest błąd w moich rachunkach?

Oczywiście nie chodzi o drobne zaokrąglenia,
tylko o te zgubione pięć rzędów wielkości.


Maciek

PS
Jest praca domowa głównie dla mnie, ale jeśli sprawdzisz
moje rachunki, to może TEŻ Ci się przyda. :-))

[Maciek]

Post by Robert
Witam.
Moje pytanie odnosi się do prędkości przepływu uporządkowanych
elektronów jakimi jest prąd elektryczny, mam na myśli przewody
np miedziane, ale także nadprzewodniki. (....)

(...) Gęstość miedzi wynosi ok. 8920 kg/m^3. (...)
Weź przewód o przekroju 1 mm^2 ....
(.........)
W opisanych warunkach masz więc prędkość unoszenia elektronów
w przewodniku około 12 mikrometrów na sekundę.

Hmmm... Coś nie wyszło. (...)
Praca domowa: gdzie jest błąd w moich rachunkach?

Odpowiedź: licząc koncentrację atomów podzieliłem gęstość
miedzi tylko przez jednostkę masy atomowej, zamiast przez
iloczyn masy atomowej miedzi i jednostki masy atomowej.
Wyszła więc taka liczba atomów, jakby to były 63-krotnie
lżejsze atomy wodoru, nie miedzi. W efekcie otrzymałem
ok. 63 razy za dużą gęstość ładunku (najpierw w elektronach
na metr sześcienny, a w końcu w kulombach na m^3), czego
końcowym skutkiem była 63-krotnie zaniżona prędkość
ruchu elektronów.
Zamiast 12 mikrometrów na sekundę powinno było wyjść
około 0,75 mm/s. No a dla przewodu 4-krotnie cieńszego,
czyli o przekroju 1/16 mm^2 przy tym samym prądzie 10 A
mielibyśmy już prędkość 1,2 cm/s.


Maciek

[ksRobak]

Post by Maciek

Post by Robert
Witam.
Moje pytanie odnosi się do prędkości przepływu uporządkowanych
elektronów jakimi jest prąd elektryczny, mam na myśli przewody
np miedziane, ale także nadprzewodniki.
Czy prędkość ta jest równa prędkości światła w próżni, czy też
mniejsza (np dlatego że elektron posiada masę)?

Oczywiście jest dużo mniejsza. :-)
I oczywiście nie wynika to z masy elektronu. :-))
Wynika to z jego ładunku.
Weżmy przewód miedziany. Gęstość miedzi wynosi ok. 8920 kg/m^3.
Masa atomowa miedzi wynosi ok. 63 u (jednostek masy atomowej),
a poniewaz u=1,66 * 10^-27 kg, to mamy blisko
(8920 / 1,66) * 10^27 ~= 5400 * 10^27 atomów/m^3.
Każdy atom miedzi daje do wspólnego "gazu elektronowego" jeden
elektron, więc w miedzi mamy tyle właśnie swobodnych nośników
prądu: około 5400 * 10^27 elektronów na metr sześcienny.
Każdy elektron ma ładunek elementarny ok. 1,6 * 10^-19 C,
a więc w każdym m^3 miedzi mamy swobodny ładunek około
5400 * 10^27 * 1,6 * 10^-19 C = 8,6 * 10^11 C
Weź przewód o przekroju 1 mm^2 i puść przezeń prąd 10 A.
Dziesięć amperów to jest dziesięć kulombów na sekundę - taki
masz przepływ ładunku. To znaczy, że przez poprzeczny przekrój
przewodu przepływa w każdej sekundzie objętość
10 C : (8,6 * 10^11 C/m^3) = 1,16 * 10^-11 m^3
gazu elektronowego. Ponieważ zaś przekrój przewodu wynosi
(1,16 * 10^-11 m^3/s) : (10^-6 m^2) = 1,16 * 10^-5 m/s
W opisanych warunkach masz więc prędkość unoszenia elektronów
w przewodniku około 12 mikrometrów na sekundę.
Jak widać jest to dużo mniej, niż prędkość światła.
I masa elektronu nigdzie nie wchodzi do rzchunków. :-))
Maciek

To baardzo interesujące wyliczenie udowadnia, że internet
nie może istnieć bowiem impuls elektryczny pokonywał by drogę
np. z Warszawy do Krakowa ~ 270 km w czasie:
270 * 10^3 [m] / 1,16 * 10^-5 [m/s] = 22 500 000 000 [s] = ~700 lat
dziękuję - nie skorzystam :o)
REdaktor Edward Robak
--
kurde! nie wiedziałem :)

[Gasik]

Widze ze co niektorzy myla pojecia. To pole elektryczne rozchodzi sie z
predkoscia swiatla i to ono powoduje, ze zarowka swieci nam odrazu po
wlaczeniu pstryczka na scianie, a nie po np. kilku sekundach. Nie chodzi
tu o przeplyw elektronow...

[Robert]

Post by Gasik
Widze ze co niektorzy myla pojecia. To pole elektryczne rozchodzi sie z
predkoscia swiatla i to ono powoduje, ze zarowka swieci nam odrazu po
wlaczeniu pstryczka na scianie, a nie po np. kilku sekundach. Nie chodzi
tu o przeplyw elektronow...

Pole elektryczne w kablu miedzianym porusza się z prędkością światła w próżni
czy nieco wolniej?

[Stanislaw Sidor]

Post by Robert

Post by Gasik
Widze ze co niektorzy myla pojecia. To pole elektryczne rozchodzi sie z
predkoscia swiatla i to ono powoduje, ze zarowka swieci nam odrazu po
wlaczeniu pstryczka na scianie, a nie po np. kilku sekundach. Nie chodzi
tu o przeplyw elektronow...

Pole elektryczne w kablu miedzianym porusza się z prędkością światła w próżni
czy nieco wolniej?

Nieco wolniej - o stala dielektryczna przewodnika :)

[J.F.]

Post by Stanislaw Sidor

Post by Robert
Pole elektryczne w kablu miedzianym porusza się z prędkością światła w próżni
czy nieco wolniej?

Nieco wolniej - o stala dielektryczna przewodnika :)

Ta ... a jaka ona jest ? :-)


W przypadku linii dwuzylowej to jeszcze mniej wiecej jestem sobie
w stanie wyobrazic co sie dzieje. Ale powiedzmy mamy bateryjke,
niechlujnie rzucony kabelek, zaroweczke, kabelek, wylacznik, kabelek.
Kto opisze co sie dzieje po wlaczeniu wylacznika ?

J.

[Stanislaw Sidor]

Post by J.F.

Post by Stanislaw Sidor

Post by Robert
Pole elektryczne w kablu miedzianym porusza się z prędkością światła w próżni
czy nieco wolniej?

Nieco wolniej - o stala dielektryczna przewodnika :)

Ta ... a jaka ona jest ? :-)
W przypadku linii dwuzylowej to jeszcze mniej wiecej jestem sobie
w stanie wyobrazic co sie dzieje. Ale powiedzmy mamy bateryjke,
niechlujnie rzucony kabelek, zaroweczke, kabelek, wylacznik, kabelek.
Kto opisze co sie dzieje po wlaczeniu wylacznika ?

Zapewne zarowka zaswieci sie po czasie t>l/c :P
(l-dlugosc przewodnika)

[J.F.]

Post by Stanislaw Sidor

Post by J.F.

Post by Stanislaw Sidor

Post by Robert
Pole elektryczne w kablu miedzianym porusza się z prędkością światła w próżni
czy nieco wolniej?

Nieco wolniej - o stala dielektryczna przewodnika :)

Ta ... a jaka ona jest ? :-)
W przypadku linii dwuzylowej to jeszcze mniej wiecej jestem sobie
w stanie wyobrazic co sie dzieje. Ale powiedzmy mamy bateryjke,
niechlujnie rzucony kabelek, zaroweczke, kabelek, wylacznik, kabelek.
Kto opisze co sie dzieje po wlaczeniu wylacznika ?

Zapewne zarowka zaswieci sie po czasie t>l/c :P
(l-dlugosc przewodnika)

Calego obwodu, czy ktoregos z tych trzech ?
Bo jak pomyslec .. na koncach wylacznika mamy przeciwne ladunki.
Zwieramy - zaczynaja ladunki przeplywac. Ale ten rozplyw zaczyna sie
"rozchodzic" od wylacznika .. czyli odleglosc od wylacznika decyduje.

A jak pomyslec dalej .. mamy w metalu "gaz elektronowy" .. ladunek w
sumie obojetny lub rownomiernie rozlozony, pola elektrycznego nie ma.
Zwieramy z drugim kawalkiem metalu inaczej naladowanym .. elektrony z
bliskiej warstwy przechodza, robi nam sie gradient "gestosci
elektronow", ktory powoduje powstanie pola elektrycznego i
przeplyw nastepnych elektronow .. ale to bardziej przypomina dzwiek w
gazie i dyfuzje niz niz fale elektromagnetyczna.

To moze jakis fachowiec objasni jak to naprawde jest - ja mialem
piatke z linii dlugich a nie z fizyki ciala stalego :-)
A powyzszy problem nie bardzo mi linie dluga przypomina :-(

J.

[ksRobak]

Post by Gasik

Post by ksRobak

Post by Maciek

Post by Robert
Witam.
Moje pytanie odnosi się do prędkości przepływu
uporządkowanych elektronów jakimi jest prąd elektryczny,
mam na myśli przewody np miedziane, ale także
nadprzewodniki.
Czy prędkość ta jest równa prędkości światła w próżni, czy też
mniejsza (np dlatego że elektron posiada masę)?

Oczywiście jest dużo mniejsza. :-)
I oczywiście nie wynika to z masy elektronu. :-))
Wynika to z jego ładunku. [...]
Maciek

To baardzo interesujące wyliczenie udowadnia, że internet
nie może istnieć bowiem impuls elektryczny pokonywał by drogę
270 * 10^3 [m] / 1,16 * 10^-5 [m/s] = 22 500 000 000 [s] = ~700 lat
dziękuję - nie skorzystam :o)
REdaktor Edward Robak
--
kurde! nie wiedziałem :)

Widze ze co niektorzy myla pojecia. To pole elektryczne rozchodzi
sie z predkoscia swiatla i to ono powoduje, ze zarowka swieci
nam odrazu po wlaczeniu pstryczka na scianie, a nie po np. kilku
sekundach. Nie chodzi tu o przeplyw elektronow...

Radzę pomyśleć zanim pan coś skrytykuje @nemesis.news.tpi.pl
kolega Robert pyta o "prędkość przepływu uporządkowanych
elektronów jakimi jest prąd elektryczny"
To elektrony a nie fala elektryczna wywołuje indukcję e-m.
Jeśli nie wie pan o co chodzi to polecam literaturę fachową.
REdaktor Edward Robak

[J.F.]

Post by Maciek
Weżmy przewód miedziany. Gęstość miedzi wynosi ok. 8920 kg/m^3.
Masa atomowa miedzi wynosi ok. 63 u (jednostek masy atomowej),
a poniewaz u=1,66 * 10^-27 kg, to mamy blisko
(8920 / 1,66) * 10^27 ~= 5400 * 10^27 atomów/m^3.

tu ci gdzies 63 zabraklo. 86 * 10^27 atomów/m^3

Post by Maciek
Każdy atom miedzi daje do wspólnego "gazu elektronowego" jeden elektron,

Dlaczego jeden ? Np. jon miedzi chetnie oddaje 2.

[...]

Post by Maciek
W opisanych warunkach masz więc prędkość unoszenia elektronów
w przewodniku około 12 mikrometrów na sekundę.

0.73 mm/s

Nadal chyba cos za malo :-(

J.

[Maciek]

Post by J.F.

Post by Maciek
Weżmy przewód miedziany. Gęstość miedzi wynosi ok. 8920 kg/m^3.
Masa atomowa miedzi wynosi ok. 63 u (jednostek masy atomowej),
a poniewaz u=1,66 * 10^-27 kg, to mamy blisko
(8920 / 1,66) * 10^27 ~= 5400 * 10^27 atomów/m^3.

tu ci gdzies 63 zabraklo. 86 * 10^27 atomów/m^3

No tak, też to znalazłem.

Post by J.F.

Post by Maciek
Każdy atom miedzi daje do wspólnego "gazu elektronowego" jeden elektron,

Dlaczego jeden ? Np. jon miedzi chetnie oddaje 2.

Hmmmm... Kolejny błąd....
Ale skoro każdy daje dwa, to w sumie dadzą dwa razy większą
gęstość ładunku, więc też dwakroć mniejszą prędkość, niż mi
wyszła po poprawce: ok. 0,4 mm/s zamiast 0,75 mm/s.

Post by J.F.
[...]

Post by Maciek
W opisanych warunkach masz więc prędkość unoszenia elektronów
w przewodniku około 12 mikrometrów na sekundę.

0.73 mm/s

Uhm.

A dla dwuelektronowego wkładu - ok. 0,4 mm/s.

Post by J.F.
Nadal chyba cos za malo :-(

No, mało. Ale tutaj:
http://studia.fuw.edu.pl/wolne/ele/all/index.html
a dokładniej - tu:
http://studia.fuw.edu.pl/wolne/ele/all/node45.html
wyprowadzają wartość tego samego rzędu (równość 5.13). :)



Maciek

[Kimbar]

Post by Maciek
A dla dwuelektronowego wkładu - ok. 0,4 mm/s.

Post by J.F.
Nadal chyba cos za malo :-(

Jest już późno, więc mogę bredzić, ale czy nie chodzi o to, że licząc wziąłeś
całe pole przekroju przewodnika, a trzebaby uwzględnić jedynie przekrój przez
który elektrony mogą się ,,przesmyknąć'' pomiędzy jonami miedzi, czyli przekrój
czynny?


Pozdrawiam Kimbar

[ksRobak]

Post by Kimbar

Post by Maciek
A dla dwuelektronowego wkładu - ok. 0,4 mm/s.

Post by J.F.
Nadal chyba cos za malo :-(

Jest już późno, więc mogę bredzić, ale czy nie chodzi o to, że licząc
wziąłeś całe pole przekroju przewodnika, a trzebaby uwzględnić
jedynie przekrój przez który elektrony mogą się ,,przesmyknąć''
pomiędzy jonami miedzi, czyli przekrój czynny?
Pozdrawiam Kimbar

Z naukowego punktu widzenia pytanie z pra-posta:
<<Moje pytanie odnosi się do prędkości przepływu uporządkowanych
elektronów jakimi jest prąd elektryczny...>> [<***@tlen.pl>]
dotyczy "istoty" prądu elektrycznego utożsamionego z ruchem
elektronów w przewodniku
a więc
czy w układzie (+)----przewód----o<-zał->o---przewód---(-)
informacja o zamknięciu obwodu jest widoczna od razu
w całym elektrycznym obwodzie a jeśli NIE to z jaką prędkością
się przenosi w w jakiej polaryzacji
a/ od (+) do (-) ?
b/ od (-) do (+) ?
c/ od o<-zał->o do (+) i (-) -- symetrycznie w obu kierunkach?
d/ inne?
:-)
REdaktor Edward Robak

[lukasz sczygiel]

Post by Robert
Witam.
Moje pytanie odnosi się do prędkości przepływu uporządkowanych elektronów
jakimi jest prąd elektryczny, mam na myśli przewody np miedziane, ale także
nadprzewodniki.
Czy prędkość ta jest równa prędkości światła w próżni, czy też mniejsza (np
dlatego że elektron posiada masę)?

koledzy troche pomieszali ale generalnie dobrze kombinowali:)
Juz prostuje:)
Ten wynik uzyskany w jednym z przypadkow (ok 1 mm/sek) jest jak
najbardziej poprawny.
Z tego co pamietam to na uczelni wyprowadzalismy to i wyszlo ze przy
pradach granicznych (takich przy ktorych przewodnik sie jeszcze nie
stopi) predkosc wyliczona jest rzedu 30cm/sek (moge sie mylic odrobine)
Oznacza to ze pojedynczy elektron poruszajacy sie ruchem przypadkowym w
morzu elektronowym z predkoscia bliska c (zaleznie od materialu i
temperatury) jest poruszany dryfem spowodowanym przeplywem pradu z
predkoscia tych 30cm/sek. To tak jak woda w rurce. Atomy H2O lataja
szybko a woda w rurce przeplywa z predkoscia niewielka.

Co ciekawe kiedys liczylem ile trzeba by swiecic zaroweczka taka z
latarki zeby przepompowac wszystkie elektrony z jednej monety, to znaczy
zeby wymienic te ktore w niej sa na inne np. z przewodu podlaczonego do
tej monety, i wyszlo ze ladnych kilkaset dni.