Quelle est la vitesse de l'électron dans un conducteur de transport de courant?

EB_#20 Le Régulateur de Tension comme chargeur d'appoint de Batterie (Avril 2019).

Anonim

Il semble que quelques personnes, dans un mélange de concepts presque identiques, ont été amenées à croire que les électrons d'un conducteur se déplacent à la même vitesse que la lumière. Pensez-vous vraiment que si l'on devait simultanément envoyer un faisceau laser de la Terre sur un détecteur sur Mars et faire passer l'électricité à travers un fil de plusieurs millions de mètres de long reliant une batterie sur Terre et une ampoule sur Mars, le détecteur et l'ampoule allumer en même temps?

La lumière émise par le soleil et les électrons d'un conducteur voyage-t-elle à la même vitesse? (Crédit image: Pixabay.com)

Pourquoi les électrons ne peuvent pas voyager à la vitesse de la lumière

L'électron ne peut pas gagner la course dans le vide, encore moins dans un conducteur. L'électron ne peut pas voyager à la même vitesse que la lumière pour la simple raison qu'il a une masse. La lumière est la chose la plus rapide dans l'univers car elle est sans masse; il ne porte aucun bagage et ne présente absolument aucune inertie qui l'empêche de bouger.

La lumière est la chose la plus rapide de l'univers car elle est sans masse. (Crédit photo: Pexels)

La masse d'un électron peut être ridiculement petite, mais elle est suffisante pour empêcher la particule de se déplacer à 300 millions de m / s. En fait, en négligeant le photon, car il n’a pas de masse, l’électron n’est même pas la particule la plus légère que nous ayons découverte; ce titre appartient au neutrino. Un électron est presque 5 000 000 fois plus massif qu'un neutrino.

Les vitesses de l'électricité

La vitesse d'un électron individuel est donc sa vitesse entre les collisions. Combien de temps faut-il à un électron pour voyager, peut-être un nanomètre? La vitesse individuelle est mesurée à l'échelle de millions de mètres par seconde. Cependant, comme leur mouvement est aléatoire, chaque électron avance à une vitesse différente.

Vitesse moyenne ou de dérive

Certains électrons voyagent extrêmement vite, d'autres non. Il est évident que la moyenne sera bien inférieure à un million de mètres par seconde. Cependant, ce qui est étonnant, c’est que la moyenne des vitesses catapulte le point décimal de gauche à une distance que l’on n’aurait même pas imaginée. La vitesse de dérive des électrons à travers un fil de cuivre de section transversale 3.00 x 10 -6 m 2, transportant un courant de 10A, est d'environ 2, 5 x 10 -4 m / s, soit un quart de millimètre par seconde!

La vitesse de dérive augmente avec l'augmentation de la tension continue, mais reste constante avec une diminution ou une augmentation de la tension alternative

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constamment négligeable. La vitesse de dérive du courant alternatif est cent à mille fois inférieure à la vitesse de dérive du courant continu. Alors qu'il était de 250 micromètres par seconde pour le fil de cuivre susmentionné transportant un courant continu, il serait de 0, 25 micromètre par seconde pour le même fil transportant un courant alternatif.

Même le point de contact ou l'interrupteur par lequel les électrons s'échappent ne dépasse 0, 25 micromètre. Rappelez-vous que les électrons qui constituent un courant alternatif, contrairement à ceux qui constituent un courant continu, ne se déplacent pas linéairement vers l'avant, mais alternent entre les bornes; s’ils alternent à 0, 25 micromètre par seconde, n’entrent-ils pas du tout paradoxalement dans le circuit?

Vitesse du signal

(Crédit photo: Pixabay)

Il est vrai que les ondes électromagnétiques se propagent à la vitesse de la lumière; En fait, la lumière elle-même est une onde électromagnétique. Cependant, la vitesse d'une onde électromagnétique varie avec les propriétés du milieu dans lequel elle se déplace. Les ondes émises par les électrons parcourent 300 millions de mètres par seconde dans le vide, mais elles ne se déplaceraient à la même vitesse dans un conducteur que si sa structure ou sa géométrie le permet.

Les ondes, ou ce que l'on appelle le signal, peuvent voyager entre 50% et 90% de la vitesse de la lumière, selon que les électrons se déplacent dans un «mauvais» ou un «bon» conducteur. Si les électrons dérivent littéralement pour compléter un circuit, comment la lampe de votre chambre à coucher brille-t-elle donc presque instantanément? Eh bien, parce que l’effet des ondes électromagnétiques ou du signal se propage, pas à la vitesse de la lumière, mais à une vitesse suffisamment grande pour le percevoir comme instantané. Pour cette raison, la course ne peut pas se terminer par une égalité non plus. le photon sortira toujours victorieux.

Pensez-y comme ceci: imaginez une file de gens impatiemment impatients qui bougent avec anxiété. Soudain, la dernière personne dans la file décide de pousser la personne en avant, qui par conséquent pousse celle qui se trouve devant elle et ainsi de suite. La poussée ou le signal "voyage" instantanément, mais la personne ou l'électron lui-même ne le fait pas. Si les gens avaient fait la queue pour entrer par une porte, la poussée propagée atteindrait évidemment la porte en premier. Le premier pousseur, cependant, serait encore beaucoup plus loin derrière. Les gens continueraient à bouger avec anxiété, à quel point les électrons individuels glissaient à des vitesses incroyables. La file d'attente en moyenne avance toutefois à un rythme lent.