Leiter spielen eine wichtige Rolle in elektrischen Schaltungen, so dass Elektronen frei von einem Atom zum anderen wechseln können. Wie viele Elektronen können jedoch in einer bestimmten Zeit einen Leiter passieren?
Um diese Frage zu beantworten, müssen wir wissen, wie viele Elektronen den Querschnitt eines Leiters pro Zeiteinheit durchlaufen. Dieser Wert wird als elektrischer Strom bezeichnet und wird in Ampere (A) gemessen.
Um die Anzahl der Elektronen zu berechnen, die innerhalb von 20 Sekunden einen Leiter passieren, ist es notwendig, den Wert des elektrischen Stroms mit der Zeit zu multiplizieren. Angenommen, der Stromwert beträgt 1 Ampere. Dann wird es in 20 Sekunden durch den Leiter gehen:
1 A * 20 c = 20 Cl (Anhänger)
Der Anhänger ist eine Maßeinheit für die elektrische Ladung. Jedes Elektron trägt eine Ladung von 1,6 * 10^-19 Cl, daher:
20 Cl / (1,6 * 10^-19 Cl/Elektron) = 1,25 * 10^20 Elektronen
Wenn also der elektrische Strom 1 Ampere beträgt, werden in 20 Sekunden ungefähr 1,25 * 10 ^ 20 Elektronen durch den Querschnitt des Leiters geleitet.
Definieren des Querschnitts eines Leiters
Sie können den Querschnitt eines Leiters mit verschiedenen Methoden definieren. Eine der einfachsten und gebräuchlichsten Methoden ist die Verwendung eines Mikrometers oder eines Messschiebers. Mit diesen Werkzeugen können Sie den Durchmesser eines Leiters messen, der dann zur Berechnung der Querschnittsfläche verwendet werden kann.
Wenn der gemessene Leiterdurchmesser beispielsweise 2 mm beträgt, beträgt der Radius 1 mm (oder 0,001 m). Die Querschnittsfläche eines Leiters kann mit der Formel für die Fläche eines Kreises berechnet werden: S = π * r 2 .
| Leiter-Durchmesser (Millimeter) | Leiterradius (m) | Querschnittsfläche (m 2 ) |
|---|---|---|
| 2 | 0.001 | 0.00000314 |
Es ist bekannt, dass elektrischer Strom die gerichtete Bewegung von Ladungen (Elektronen) durch einen Leiter ist. Die Anzahl der Elektronen, die den Querschnitt eines Leiters pro Zeiteinheit durchlaufen, kann durch eine Formel dargestellt werden: I = n * q * v, wobei I der Strom (A) ist, n die Anzahl der Elektronen (pcs) ist, q die Ladung eines einzelnen Elektrons (Cl) ist, v die Geschwindigkeit der Elektronenbewegung (m / s).
Um also die Anzahl der Elektronen zu bestimmen, die in einer bestimmten Zeit den Querschnitt eines Leiters durchlaufen, ist es notwendig, den Wert des Stroms zu kennen und ihn durch diese Formel auszudrücken. Wenn beispielsweise der Strom 2 A beträgt, die Ladung eines Elektrons 1,6 * 10 -19 Cl beträgt und die Geschwindigkeit der Elektronenbewegung 1 m / s beträgt, kann die Anzahl der Elektronen, die in 20 Sekunden durch den Querschnitt des Leiters fließen, berechnet werden:
n = I / (q * v) = 2 / (1,6 * 10 -19 * 1) * 20 = 2.5 * 10 19 elektronen.
Was ist der Querschnitt eines Leiters?
Die Querschnittsfläche des Leiters wird in Quadratmetern gemessen. Je größer die Querschnittsfläche des Leiters ist, desto mehr Elektronen können in einer Zeiteinheit durch ihn gelangen. Ein dickerer Leiter hat eine größere Querschnittsfläche und ist in der Lage, einen größeren elektrischen Strom zu übertragen.
Wenn Sie die Querschnittsfläche des Leiters und die Geschwindigkeit der Elektronenbewegung kennen, können Sie bestimmen, wie viele Elektronen innerhalb eines bestimmten Zeitraums den Querschnitt des Leiters passieren. Die Dauer dieser Zeit beeinflusst die Gesamtzahl der Elektronen, die den Leiter passieren.
Wie viele Elektronen passieren den Querschnitt eines Leiters?
Um die Anzahl der Elektronen zu bestimmen, die über einen bestimmten Zeitraum einen Querschnitt eines Leiters durchlaufen, ist es notwendig, den durch den Leiter fließenden Strom und die Elementarladung des Elektrons zu kennen.
Der Strom (I) wird in Ampere (A) gemessen und bestimmt die Menge an elektrischer Ladung, die pro Zeiteinheit durch den Querschnitt des Leiters fließt. Die elementare Elektronenladung (q) beträgt 1,602176634 × 10 ^ (-19) Cl (Anhänger).
Daher kann die folgende Formel verwendet werden, um die Anzahl der Elektronen (n) zu bestimmen, die über einen bestimmten Zeitraum (t) den Querschnitt eines Leiters durchlaufen:
n = I * t / q
- n - anzahl der Elektronen
- I - strom fließt durch den Leiter
- t - Zeitspanne
- q - elementare Elektronenladung
Um also die Anzahl der Elektronen zu bestimmen, die in 20 Sekunden durch den Querschnitt eines Leiters fließen, ist es notwendig, den Wert des Stroms zu kennen.
Erfassung der elektronischen Ladung bei der Bestimmung der Anzahl der Elektronen
Bei der Betrachtung des Prozesses, in dem elektrischer Strom durch den Leiter fließt, ist es wichtig, die elektronische Ladung zu berücksichtigen. Ein elektrischer Strom ist die Bewegung von Elektronen in einem Leiter.
Das Elektron hat eine negative Ladung von -1,6 * 10 ^-19 Cl. Dies bedeutet, dass jedes Elektron einen negativen Beitrag zur Gesamtladung des Leiters leistet. Daher muss bei der Bestimmung der Anzahl der Elektronen, die den Querschnitt eines Leiters durchlaufen haben, ihre Ladung berücksichtigt werden.
Um die Anzahl der Elektronen zu bestimmen, die in einem bestimmten Zeitraum einen Querschnitt eines Leiters durchlaufen haben, müssen Sie die Stromstärke und die Zeit kennen, in der sich die Elektronen durch einen bestimmten Querschnitt bewegt haben. Die Formel zur Berechnung der Anzahl der Elektronen lautet wie folgt:
wobei n die Anzahl der Elektronen ist,
t - Zeit in Sekunden,
q ist die Ladung eines Elektrons.
Um die Anzahl der Elektronen zu bestimmen, die in 20 Sekunden den Querschnitt eines Leiters durchlaufen haben, ist es daher notwendig, die Stromstärke mit der Zeit zu multiplizieren und durch die Ladung eines einzelnen Elektrons zu teilen.
Formel zur Berechnung der Anzahl der Elektronen
Die folgende Formel wird verwendet, um die Anzahl der Elektronen zu berechnen, die über einen bestimmten Zeitraum einen Querschnitt eines Leiters durchlaufen haben:
Anzahl der Elektronen = Strom × Zeit ÷ Elektronenladung.
Der Strom wird durch das Symbol I gekennzeichnet und in Ampere (A) gemessen.
Die Zeit wird durch das Symbol t gekennzeichnet und in Sekunden (s) gemessen.
Die Elektronenladung wird durch das Symbol e gekennzeichnet und hat einen konstanten Wert von 1.6 × 10 ^ (-19) Cl.
Wenn zum Beispiel bekannt ist, dass ein Strom mit einer Stärke von 2 A für 20 Sekunden durch den Querschnitt eines Leiters fließt, kann die Anzahl der Elektronen, die in diesem Zeitraum durchlaufen wurden, anhand der Formel berechnet werden:
Anzahl der Elektronen = 2 A × 20 c / (1.6 × 10 ^ (-19) Cl).
Das Ergebnis der Berechnung zeigt an, wie viele Elektronen innerhalb des angegebenen Zeitraums den Querschnitt des Leiters durchlaufen.
Beispiel für die Berechnung der Anzahl der Elektronen durch den Querschnitt eines Leiters
Um die Anzahl der Elektronen zu bestimmen, die über einen bestimmten Zeitraum einen Querschnitt eines Leiters durchlaufen, müssen Sie den Wert der Stromstärke im Leiter und die Elementarladung des Elektrons kennen.
Lassen Sie die Stromstärke im Leiter 2 A (Ampere) betragen. Es ist bekannt, dass die elementare Elektronenladung 1,6 * 10 -19 Cl (Anhänger) beträgt
Um die Anzahl der Elektronen zu berechnen, verwenden wir die Formel:
Q = I * t
wobei Q die Anzahl der Elektronen ist, die den Querschnitt des Leiters durchlaufen haben,
I - Stromstärke im Leiter (Ampere),
t - Zeit (Sekunden).
Ersetzen wir die bekannten Werte in die Formel:
Q = 2 A * 20 c = 40 Cl
Somit wird 40 Cl (Kiloculon) Ladung in 20 Sekunden durch den Querschnitt des Leiters geleitet. Mit dem Wert der elementaren Elektronenladung (1,6 * 10 -19 Kl) kann die Anzahl der Elektronen berechnet werden:
Anzahl der Elektronen = Q / elementare Elektronenladung
Anzahl der Elektronen = 40 Cl / (1,6 * 10 -19 Cl) = 2,5 * 10 19 Elektronen
Somit werden in 20 Sekunden ungefähr 2,5 * 10 19 Elektronen durch den Querschnitt des Leiters geleitet.
Wie kann ich die Zeit bestimmen, in der eine bestimmte Anzahl von Elektronen vergeht?
Um die Zeit zu bestimmen, in der eine bestimmte Anzahl von Elektronen durch den Querschnitt eines Leiters verläuft, muss eine Formel verwendet werden, die auf der Ladung und der Stromstärke basiert.
Die Stromstärke (I) ist definiert als die Menge der Ladung (Q), die durch den Querschnitt eines durch Zeit (t) getrennten Leiters fließt. Die Formel lautet wie folgt: I = Q / t.
Um die Zeit (t) zu bestimmen, müssen Sie die Formel neu anordnen und t wie folgt ausdrücken: t = Q / I.
Um die Zeit zu bestimmen, in der eine bestimmte Anzahl von Elektronen vergeht, ist es daher notwendig, die Menge der Ladung (Q), die durch den Querschnitt des Leiters fließt, durch die Stromstärke (I) zu teilen.
Wenn zum Beispiel bekannt ist, dass die Ladung Q 10 Anhänger ist und die Stromstärke I 2 Ampere beträgt, beträgt die Zeit (t) 10 Anhänger / 2 Ampere = 5 Sekunden.
Formel zur Bestimmung der Zeit für den Durchgang von Elektronen
Um die Anzahl der Elektronen zu bestimmen, die über einen bestimmten Zeitraum einen Querschnitt eines Leiters durchlaufen, können Sie die folgende Formel verwenden:
- Q ist die Menge an Elektrizität (Ladung), ausgedrückt in Ampersekunden (A * s)
- I ist die elektrische Stromstärke, ausgedrückt in Ampere (A)
- t - Zeit ausgedrückt in Sekunden (s)
Das heißt, um die Anzahl der Elektronen zu bestimmen, die über einen bestimmten Zeitraum den Querschnitt eines Leiters durchlaufen, ist es notwendig, die Kraft des elektrischen Stroms mit der Zeit zu multiplizieren. Um beispielsweise zu bestimmen, wie viele Elektronen in 20 Sekunden einen Leiter passieren, ist es notwendig, die Stromstärke (in Ampere) mit 20 (in Sekunden) zu multiplizieren.
