Ist Spannung die Geschwindigkeit von Elektronen?

Strom ist die Menge der Elektronen, die durch einen Draht fließen. Können wir sagen, dass die Spannung die Geschwindigkeit dieser Elektronen ist?

Ist Spannung die Geschwindigkeit von Elektronen?

Nein, es ist nicht die Geschwindigkeit der Elektronen, die sich innerhalb des Leiters bewegen.

Die Spannungseinheit ist die potentielle Energie pro Ladung :

Ein Beispiel...

Stellen Sie sich vor, wir haben einen Ball mit einer Masse von M = 10 kg .

Diese Kugel existiert in einem konservativen Gravitationsfeld (dem Gravitationsfeld der Erde). Wenn wir es um eine Höhe von 1 Meter anheben wollen, müssen wir - irgendwie - eine X- Menge Energie liefern, die dem Ball genügend Geschwindigkeit gibt, um sich 1m über seiner Oberfläche zu bewegen.

Wir geben dem Ball diese Energiemenge als kinetische Energie (Geschwindigkeit). Also werfen wir den Ball mit einer gewissen Geschwindigkeit nach oben, und wenn sich der Ball nach oben bewegt, nimmt seine Geschwindigkeit ab. und seine potentielle Energie steigt an, bis es aufhört und die gesamte kinetische Energie in potentielle Energie umgewandelt wird.

Das folgende Bild zeigt die potenzielle Energiemenge für einen Ball der Masse M = 10 kg in verschiedenen Höhen über dem Meeresspiegel:

Aber was ist, wenn wir eine allgemeine Skala erstellen wollen?
Für jeden Ball einer beliebigen Masse in jeder Höhe können wir die Energiemenge pro 1 kg darin erhalten (Energie pro Masse):

Jetzt können wir sagen, dass in einer Höhe von 3 Metern über dem Meeresspiegel jedes Objekt der Masse X eine Energiemenge von 29,4 Joule pro 1 kg Masse hat. Dies ist auf das Gravitationsfeld der Erde zurückzuführen .

Spannung oder elektrisches Potential ist die Menge an potentieller Energie (Joule), die jeder "geladene Körper" innerhalb eines elektrischen Feldes pro 1 Coulomb elektrischer Ladung in sich hat.

Die Spannung ist eine Eigenschaft eines elektrischen Feldes.

Ein elektrisches Feld verhält sich ein wenig wie ein Gravitationsfeld. Objekte in einem Gravitationsfeld werden zusammengezogen. Wenn Sie einen Stein in ein Gravitationsfeld fallen lassen, beschleunigt er nach unten und nimmt dem Feld Energie.

Elektrische Felder haben im Gegensatz zu Gravitationsfeldern eine Polarität. Lassen Sie ein Elektron in ein elektrisches Feld fallen und es beschleunigt in Richtung positiver Ladung. Das Elektron hat keine Spannung, es hat eine Ladung: Coulombs .$1.6×10^{−19}$

Wie viel Kraft auf das Elektron ausgeübt wird, hängt von der Spannung der positiven und negativen Feldseite und deren Abstand ab.

Das ist alles im freien Raum. Was ist mit einem Draht? Die Situation dort ähnelt eher einer mit Kugeln gefüllten Röhre als einem freien Raum. Wenden Sie eine Kraft auf die Kugel an einem Ende an und sie drückt die Kugel am anderen Ende heraus. Legen Sie eine Spannung an einen Draht an und die Elektronen bewegen sich, wodurch die am positiven Ende herausgedrückt wird. Die aufgebrachte Kraft entspricht der an den Draht angelegten Spannung.

Das Entscheidende an diesem Modell ist, dass sich die Kraft viel schneller ausbreitet als die Kugeln / Elektronen, die sie übertragen - es ist nicht erforderlich, dass eine Kugel / ein Elektron den gesamten Weg durchläuft, sondern dass sie nur ihre Nachbarn vorwärts schiebt.

Nehmen Sie ein Echtzeit-Szenario,

Wir können es als Analogie Wasser nehmen.

Betrachten wir einen Überwassertank und einen Wasserhahn, der von diesem Überwassertank versorgt wird.

Jetzt,

Wann immer ein Wasserhahn geöffnet wird, kommt es durch diesen Wasserhahn.

Die Wassermenge, die durchkommt, entspricht der Strömung

Bei welchem Druck kommt, das ist Spannung

Nein, die Spannung ist die "potentielle Energie", die den Elektronen gegeben wird. Als würdest du einen Stein nehmen und hochheben. Solange Sie keine Last anschließen, geht das Elektron nirgendwo hin.

Wenn Sie es auf den Stein fallen lassen (oder einen Widerstand an Ihre Spannungsquelle anschließen), bewegt die Energie den Stein (Elektronen).

Ist Spannung die Geschwindigkeit von Elektronen?

Nein

Die Spannung ist ein Maß dafür, wie viel Energie zum Laden geliefert wird. Am basischsten wird ein Elektron (Grundladung) mit 1,602 × 10 ^–19 Joule ^{beaufschlagt,} wenn es durch eine elektrische Potentialdifferenz von einem Volt bewegt wird. Ein Elektron soll dann eine Energie von 1 Elektronenvolt haben.

Spannung ist also Energie geteilt durch Ladung.

Sie können mit der Leistung beginnen und diese mit der Zeit multiplizieren, um Energie zu gewinnen:

Energie = Leistung × Zeit = V ⋅ I × Zeit.

Ersetzen Sie nun die aktuelle × Zeit durch Q (Gebühr) und Sie erhalten:

Energie = V ⋅ Q oder V = Energie / Q .

Dies ist eigentlich eine physikalische Frage. Ich glaube nicht, dass es im Bereich der Elektrotechnik eine experimentelle Methode gibt, um diese Frage glaubwürdig zu beantworten.

Trotzdem wird allgemein angenommen, dass die Geschwindigkeit der Elektronen in einem Leiter, der Stromfluss erfährt, im Vergleich zur Lichtgeschwindigkeit tatsächlich ziemlich langsam ist. Dies wird oft als "Driftgeschwindigkeit" der Elektronen bezeichnet. Die Auswirkungen von Spannung und Strom auf die Elektronen breiten sich jedoch mit nahezu Lichtgeschwindigkeit durch den Leiter aus. Die übliche Analogie ist eine mit Murmeln gefüllte Pfeife. Wenn Sie den Marmor an einem Ende der Pfeife schieben, wird der Marmor am anderen Ende fast augenblicklich geschoben, obwohl sich keiner der Zwischenmurmeln bewegt hat.

Die Spannung ist der Druck, der die Elektronen um einen Stromkreis drückt. Es sagt nichts über ihre Geschwindigkeit. Wenn Sie eine 1,5-V-Batterie nehmen und an nichts anschließen, sind immer noch 1,5 V vorhanden, obwohl nirgendwo Elektronen fließen.

Ferner ist die Spannung die Druckdifferenz zwischen zwei Punkten. Sie können nur die Spannung zwischen einem Punkt und einem anderen messen. Deshalb wird es auch "Potentialdifferenz" genannt.

Es ist möglich, die durchschnittliche Elektronengeschwindigkeit zu berechnen, wenn Sie den Strom, die physikalischen Eigenschaften des Drahts (insbesondere seine Querschnittsfläche) und die Eigenschaften des Materials, aus dem der Draht besteht (den Abstand zwischen den Atomen und wie viele) kennen freie Elektronen gibt es pro Atom).

Nein, Spannung ist nicht die Geschwindigkeit von Elektronen durch einen Draht, sondern Strom (fast).

Sie sagten: "Strom ist die Menge der Elektronen, die durch einen Draht fließen", aber das ist nicht ganz richtig. Strom ist die Menge an elektrischer Ladung (Elektronen), die pro Zeiteinheit durch einen Leiter fließt. Das Ampere , unsere Maßeinheit für den Strom, ist definiert als 1 Coulomb elektrischer Ladung pro Sekunde. Current ist ein Ratenwert.

Für die Wasserrohranalogie entspricht die Ladung (Coulomb) dem Wasservolumen (Gallonen), der Strom (Ampere) entspricht der Wasserdurchflussrate (Gallonen pro Minute) und die Spannung entspricht dem Wasserdruck, der das verursacht fließen.

Spannung ist keine Eigenschaft von Elektronen. Elektronen sind die "Subjekte", wie sie sind. Eine Spannung (oder Potentialdifferenz) ist die Fähigkeit, eine bestimmte Ladung zu transportieren. In der Elektronik wird diese Ladung im Allgemeinen von Elektronen getragen. Eine höhere Spannung kann mehr Elektronen transportieren und somit einen höheren Strom induzieren.
Eine andere Sichtweise ist, dass die Spannung die Menge an potentieller Energie ist, die ein Elektron auf seinem Weg von einem Potential zu einem anderen Potential gewinnt oder verliert. Auf diese Weise ist die Spannung der potentiellen Energie in der Kinetik sehr ähnlich - wenn ich einen Ball anhebe, ändern sich die Eigenschaften des Balls nicht, aber er gewinnt potentielle Energie.

Wenn ein Elektron ein Marmor war, entspricht die Spannung der Höhe der Neigung, über der sich der Marmor befindet.

Es könnte ein sehr hoher Hang sein - kilometerhoch. Es könnte ein winziger Anstieg sein - nur ein paar Zentimeter. Das ist es, was von der Spannung bestimmt wird.

Die Geschwindigkeit der Elektronen hängt von der Dichte des Drahtes ab. Dies hängt auch von der Anzahl der freien Atome im Leiter ab.

Stellen Sie sich vor, Sie schieben Sand durch Steine. Je dichter die Steine ​​sind, desto schwerer wird es, den Sand hindurchzudrücken.

Je mehr Sand (freie Elektronen) sich im Inneren befindet, desto geringer ist die Entfernung, die Sie für die gleiche Menge Sand benötigen, die am anderen Ende austritt.

Für Details lesen Sie möglicherweise über die Driftgeschwindigkeit . Die tatsächliche Geschwindigkeit eines Elektrons im Beispiel beträgt nur 23µm / s.

Tatsächlich beeinflusst die Spannung die Geschwindigkeit der Elektronen : Ersetzen Sie in der angegebenen Formel I durch U / R und Sie werden sehen, dass die Geschwindigkeit mit der Spannung zunimmt.

Viele gute Informationen hier, um Ihre Frage hoffentlich zu klären.

Die Spannung kann als Energiedifferenz zwischen zwei Punkten innerhalb eines Netzwerks (Potentialdifferenz) betrachtet werden. Denken Sie an die an einem Widerstand abfallende Spannung. Unterschiedlich an jedem Ende aufgrund der über den Widerstand selbst abgeführten Leistung.

Wenn Sie die Versorgungsspannung eines Stromkreises berücksichtigen (EMK, elektromotorische Kraft), kann dies als Druck angesehen werden, der den Strom durch den Stromkreis treibt.

eine Anmerkung zum Elektronenfluss

Es wird angenommen, dass sich der Strom von + nach - bewegt, der Elektronenfluss jedoch - nach +. Die Formeln usw. funktionieren natürlich mit dieser Konvention, da wir uns normalerweise nicht um den Elektronenfluss kümmern, es sei denn, wir beschäftigen uns mit Halbleitermaterial, es ist jedoch wichtig, sich daran zu erinnern, dass sie tatsächlich von - nach + fließen (das Elektron ist ein negativer Ladungsträger).

Ich hoffe, dass dies zusammen mit den vielen anderen Kommentaren hilft. Tony

Nein. Die einfachste mögliche Antwort ist, dass Spannung die Elektronendichte ist. Das heißt, der "Druck", der erforderlich ist, um sie gegen ihre Abstoßungskraft zusammenzudrücken. Dies wird natürlich durch andere Faktoren wie das Medium, in dem sie sich bewegen, erschwert.