전압이인가 될 때 실제로 전자가 흐르나요?

책에서 회로는 폐쇄 된 경로이며 따라서 전자가 소스로 되돌아 온다고한다. 이 경우 회로에 접지 오류가 발생하면 어떻게됩니까? 전자는 어떻게 그들의 근원으로 돌아 갈까?

전자가 실제로 원자 밖으로 이동합니까, 아니면 전압을 적용 할 때 에너지를 진동시켜 전달합니까?

이동하는 전자의 관점에서 전류에 대한 생각은 전기가 어떻게 작동하는지에 대한 열악한 정신 모델로의 시작입니다. 여기에 몇 가지 잘못된 점이 있습니다.

• 전자는 많은 전하 운반체 중 하나 일뿐입니다. 모든 이온은 전하 운반체이기도합니다.

• 전자의 균형을 잡는 양성자도 마찬가지로 중요합니다. 만약 당신이 전자를 가지고 있다면, 우주의 모든 전자들은 서로 반발하여 우주로 발사 될 것입니다.

• 전자는 음전하를 가지고 있으며, 음에서 양으로 흐르는 방식에 대해 전혀 생각 하지 않아도 됩니다. 실제로 중요하지 않습니다.

• 실제로 전자는 항상 모든 임의의 방향으로 움직이고 있으며 전류로 인한 운동은 미미합니다.

중요한 것은 이것입니다 : 전하 운반체 (전자가 그중 하나임)를 사용하여 기전력 (일반적으로 단지 전압이라고 함) 을 전달할 수 있습니다 . 이것은 정말 평범한 개념입니다. 로드의 한쪽 끝을 밀어서 막대의 다른 쪽 끝으로 기계적 힘을 전달할 수 있습니다. 막대가 언제 움직입니까? 아마도 여기에는 두 가지 일이 있습니다.

1. 그 재료의 음속으로 전파되는 파동으로 힘이 막대를 통해 전달됩니다.
2. 우리가 전력을 전달하는 경우에만 막대가 대부분 더 느린 속도로 움직입니다.

그 차이는 막대에게는 분명하지만 전기를 볼 수 없기 때문에 차이는 분명하지 않습니다.

그래서 당신의 질문은 : 전압이인가 될 때 전자가 실제로 흐르는가? 엄밀히 말하면, 대답은 아마도 이며 흐름의 의미에 달려 있습니다. . 그것은 질문과 비슷 합니다. 잡아 당기면 밧줄이 움직입니까? 풍선에 붙어 있으면 많이 움직일 수 있습니다. 벽돌 벽에 부착되어 있으면 전혀 움직이지 않을 수 있습니다.

전하 운반체의 움직임 (전자와 같은)은 전류 입니다. 전류가 있다면, 전하 운반체의 순 움직임이 있습니다. 실제 물 흐름이없는 경우에도 개별 물 분자가 파이프 내에서 밀려 오는 것처럼 실제로 그들은 전체적으로 밀집되어 있습니다. 전류는 평균 운동을 나타냅니다. DC 전류의 경우 평균 동작은 원 안에 있습니다.

개별 전하 캐리어가이를 달성하기 위해 상호 작용하는 방법은 복잡하며 실제로 전자 질문이 아닌 물리 질문입니다. 그러나 fields 에서이 MIT 튜토리얼을 확인하는 것이 좋습니다 .

전자는 않습니다 - 전압이인가되면 물리적으로 이동 이 매우 천천히 .

100VDC에서 통전되고 2mm 직경의 구리 와이어를 통해 1A 부하 (전구와 같은)에 전원을 공급하는 회로는 전자가 다음 속도로 움직이는 것을 볼 수 있습니다.

$\dfrac{I}{Q \cdot e \cdot R^2 \cdot \pi}$

어디

• $8.5 \times 10^{22}$ )
• R은 와이어의 반경입니다
• $1.6 \times 10^{-19}$

이것은 8.4 cm / hour로 작동합니다. . 정확히 빠르지는 않습니다.

중요한 것은 그것이 에너지 라는 사실입니다 전자 자체가 아니라 회로를 거의 순간적으로 통과하는 . (전자는 에너지가 빠르게 흐르도록 편리한 '고속도로'를 만듭니다.)

불행히도 전압 하에서 전자의 느린 드리프트는 회로에서 실제로 작동하는 에너지 흐름과 같은 이름으로 끝나는 것이 유감입니다.

편리한 추상화와 물리적 현실을 혼동하지 마십시오

• "회로"는 세상에 대한 더 나은 추론을 돕기 위해 설계된 추상적 개념입니다.
• 전자는 물리적 실체입니다.

"닫힌"경로에 대한 참고 사항

폐쇄 경로 회로는 전자가 소스로 되돌아 오는 것을 의미하지는 않습니다. 또한, 소스를 떠나는 전자는 거의 동일 하지 않습니다 전자는 소스의 다른 극으로 돌아가는 전자 (속도 설명은 @madmanguruman의 답변 참조).

기계적 비유

떨어지는 도미노와 같습니다. 에너지 파는 떨어지는 도미노를 통해 전파되지만 도미노는 많이 번역되지 않습니다.

에너지는 전자의 전하에 에너지의 힘을 곱한 것임을 기억하십시오 (전압). 전하 (전자)가 아닌 금속 격자를 통해 움직이는 힘이 (압도적으로)입니다.

이 사진 에서처럼 :

힘은 공을 가로 질러 전달되지만 공은 제자리에 유지됩니다. 중력에 의해 균형 잡힌 기계적 공과는 달리, 갈바니 전지 (배터리)의 금속 와이어에 전자가 있고, 다른 쪽 끝 (전자가 트래픽에 갇혀있는 것처럼)의 전체 드리프트는 느립니다.

추가 자료

비슷한 물리학 질문에 대한 이 답변을 고려할 수 있습니다 .

우리는 여기서 금속에 대해 이야기하고 있습니다. 일반적으로 금속 물체는 분자로 구성되지 않습니다. 그것은 모두 그룹화 된 금속 원자로 구성됩니다. 아래 그림에 나와 있습니다.

빨간색 원은 전자입니다. 보시다시피, 전자가 '원하는'원자를 말할 수는 없습니다. 이 전자는 원자 사이의 연결을 형성하므로 두 개의 원자에 속합니다.

이제 전류가 흐르기 시작하면이 전자들이 실제로 움직입니다. 전류가 흐르면 에너지가 전달됩니다. 원자는 쉽게 움직일 수 없기 때문에 전자는 움직여야합니다.

전류 암페어 단위에서도이를 확인할 수 있습니다. 1 암페어는 초당 1 쿨롱과 같습니다. 쿨롱 (C)은 충전 단위 (Q)입니다. 1 암페어는 1 쿨롱의 전하가 1 초 안에 특정 지점을 통과 함을 의미합니다. 이 전하는 실제로 물체 1에서 물체 2로 흐르는 전자에 의해 생성됩니다.

DC 전류 (예 : 배터리로 구동되는 응용)에 대해 이야기 할 때 이러한 전자는 소스로 돌아 오지 않습니다. 이 회로를 고려하십시오.

처음에는 음극과 양극 사이에 전하의 차이가 있습니다. 음극에는 여분의 전자가 있습니다. 이것은 힘 (전압)을 생성하고 두 극 (와이어와 전구) 사이에 링크가 있기 때문에 전자가 흐르기 시작합니다. 더 이상 전하의 차이가 없을 때까지 (또는 전류가 흐르지 않을 정도로 적을 때까지) 전자는 음극에서 전구를 통해 양극으로 이동합니다.

이제 이러한 전자 않았 음을 알 수 없는 자신의 소스에 반환 : 그들은 음극에서 시작 양극에 끝났다.

동그라미가 있기 때문에 폐쇄 경로라고 부릅니다. 전류는 배터리에서 시작하여 배터리에서 끝납니다. 배터리는 실제로 양극과 음극이라는 두 가지 물체가 있기 때문에 혼란이 있습니다.

이 회로를 살펴보십시오 (기본적으로 동일하지만 배터리 대신 커패시터가 있고 전구 대신 저항기가 있음).

전류는 커패시터의 오른쪽 (음전하, 전자 잉여)에서 저항을 통해 커패시터의 왼쪽 (양전하, 전자 부족)으로 흐릅니다. 여기서 커패시터 플레이트가 분리되어 있으므로 실제로 닫힌 경로가 아니라는 것을 쉽게 알 수 있습니다.

전류는 커패시터에서 시작하고 끝나기 때문에 폐쇄 경로라고 부릅니다.

전자가 실제로 그들의 기지로 돌아갈 필요가 없기 때문에, 이제 전자도 지구로 흐를 수 있음을 이해할 수 있습니다. 이것은 또한 번개에서 일어나는 일입니다. 전자는 구름에서 지구로 (또는 다른 방법으로는 알지 못합니다) 흐르고 전하의 차이를 중화합니다.