کاهش سرعت عبور الکترونها در سیم برق

[نوآور]

دورود، به نظرتون آیا رابطه ای بین سرعت الکترونها و جریان الکتریکی وجود داره؟ یعنی مثلا اگه با استفاده از یک میدان پر قدرت، بتونیم سرعت عبور قطار الکترونها را در یک سیم انتقال نیرو کم کنیم(بدون کاهش اختلاف پتانسیل آنها)، آیا می شه شدت جریانی که از منبع تغذیه ، در حالت معمول توسط یک بار الکتریکی مصرف می شه را کم کنیم؟

[jhvh]

صد در صد

کافی بود؟

جریان یعنی مقدار باری که از سیم میگذره حالا شما معادل سازی کن ببین می تونی درک کنی که جریان کم میشه


البته فرض سوال کاملا غلطه ولی نادیدش گرفتم

[ehsan.helli1]

نو اور من چیزی از اللکتریسیته نمیدونم ولی مگه با این کار دبی کم نمیشه؟

[meaning]

ببخشید جناب نوآور که سوءال شما رو با سوءال جواب می دم اما می خواستم بدونم آیا آقای جوزف تامسون وقتی کاتد ِ لوله پرتوی کاتدی را از آهن به مس تغییر دادند تغییری در سرعت چرخش ملخ کوچک وسط لوله احساس نکردند ؟؟ مثلاً از 100 دور به 80 دور در دقیقه ؛ اگر اینطور باشه یعنی جریان کاهش و یا افزایش پیدا می کند در این آزمایش.

[نوآور]

ببینید می خواهم به جریان الکتریکی از دیدگاه الکترونی نگاه کنم؛ طبق تعریف، شدت جریان الکتریکی، مقدار بار الکتریکی است که در واحد زمان از سطح مقطع رسانای فلزی عبور می‌کند. که با نماد I نمایش داده می‌شود. مقدار این بار الکتریکی متناسب است با تعداد الکترونها. این شدت جریان، در هر سطح مقطع از رسانای فلزی مقدار ثابتی است و بستگی به مساحت مقطع ندارد، دقیقا مانند این که مقدار آبی که در واحد زمان و در هر سطح مقطع از لوله عبور می‌کند، همواره برابر است، حتی اگر سطح مقطع‌ها مختلف باشد. ثابت بودن جریان الکتریسیته از این امر ناشی می‌شود که بار الکتریکی در هادی حفظ می‌شود یعنی در هیچ نقطه‌ای الکترونها نمی‌توانند روی هم متراکم شوند و یا از رسانا بیرون بروند،به عبارت دیگر در هادی چشمه یا چاهی برای شار الکترونی وجود ندارد.
حالا با توجه به اینکه می دانیم میدان الکتریکی که بر روی دریای الکترونی رسانا اثر می‌کند، هیچ گونه شتاب برآیندی ایجاد نمی‌کند چون الکترون‌ها پیوسته با یون‌های رسانا برخورد می‌کنند؛ بنابراین انرژی حاصل از شتاب الکترون‌ها به انرژی نوسانی شبکه تبدیل می‌شود و الکترون‌ها سرعت جریان متوسط ثابتی (سرعت رانش) در راستای خلاف جهت میدان الکتریکی به‌دست می‌آورند.
بنابراین شدت جریان الکتریکی که در رساناهای فلزی اندازه می گیریم، ناشی از عبور تعداد مشخصی از الکترون‌ها است، (البته این امر در مورد اکثر رساناهای غیرفلزی صادق نیست) .
حالا پرسش این است که اگر از خارج، با میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط عبور الکترونها از هادی مقابله کنیم و سرعت عبور آنها را کاهش دهیم، دست کم به لحاظ تئوری، باید تعداد الکترون عبوری در واحد زمان از سطح مقطع مشخص رسانای فلزی، کاهش یابد و لذا انتظارمان این است که روی صفحه گالوانومتر، شدت جریان الکتریسیته عبوری، کمتر اندازه گیری شود.

[نوآور]

ببخشید جناب نوآور که سوءال شما رو با سوءال جواب می دم اما می خواستم بدونم آیا آقای جوزف تامسون وقتی کاتد ِ لوله پرتوی کاتدی را از آهن به مس تغییر دادند تغییری در سرعت چرخش ملخ کوچک وسط لوله احساس نکردند ؟؟ مثلاً از 100 دور به 80 دور در دقیقه ؛ اگر اینطور باشه یعنی جریان کاهش و یا افزایش پیدا می کند در این آزمایش.

تا جائیکه یادمه ؛در این آزمایش، محیط انتقال الکترونها که رسانای فلزی نیست بلکه اتاقک خلا است، قطعا پرتو الکترونی با دریای الکترونی تفاوت دارد.

[امید سیدیان]

سلام و درود.


می فرمایند:

به نظرتون آیا رابطه ای بین سرعت الکترونها و جریان الکتریکی وجود داره؟

پاسخ می دهیم:
بله، وجود دارد؛ امّا منظور شما دقیقاً کدام نوع سرعت الکترون آزاد است.
اگر به طور منفرد، به هر الکترون آزاد نگاه کنیم،
هر الکترون دارای سرعتی است به نام سرعت موثر (Effective Velocity)

است.

اگر به صورت کل، به دسته ای از الکترون ها نگاه کنیم،
دسته ی الکترون ها، داری سرعتی به نام سرعت سوق (Drift Velocity)

است.


تفاوت های عمده ای میان سرعت موثر یک الکترون، و سرعت سوق الکترون ها در مدار وجود دارد.

I) سرعت موثر الکترون ها جهت مشخصی ندارد، علّت هم حرکت کاتوره ای الکترون (در هنگام وجود، یا نبود میدان) است؛
در حالی که سرعت سوق، همجهت با جریان است.

II) مرتبه ی بزرگی دَهدَهی (Order of Magnitude) سرعت موثر، چیزی حدود شش یا هفت است؛
در حالی که مرتبه ی بزرگی سرعت سوق، حدوداً منفی سه و یا منفی چهار است!
این یعنی اینکه سرعت موثر حدوداً ده میلیارد برابر سرعت سوق است!

III) الکترون های آزاد همیشه در حال حرکت هستند؛ خواه جریان الکتریکی برقرار باشد، خواه نباشد.
به عبارت دیگر، الکترون ها همواره سرعت موثر دارند؛
این درحالی است که سرعت سوق یک مجموعه، رابطه ای خطی با جریان دارد.


با توجه به مقدّمات فوق، سرعت سوق الکترون های آزاد، از رابطه ی زیر بدست می آید:

در رابطه ی بالا:


شدت جریان،


مساحت سطح مقطع رسانا،


تعداد الکترون آزاد در واحد حجم و


کوانتوم بار الکتریکی است.

[امید سیدیان]

با توجّه به پست بالا، اگر


شدت جریان،


مساحت سطح مقطع رسانا،


تعداد الکترون آزاد در واحد حجم و


کوانتوم بار الکتریکی باشد.

آنگاه با توجه به شکل داریم:

چون

داریم:

چون سرعت سوق

است،
مدت زمانی که طول می کشد تا مجموعه ی الکترون ها، طول

از رسانا به سطح مقطع

طی کند،
می شود:

از طرفی:

پس:

در نتیجه:

توصیعات

در صورتی که موجودی برداری، با نام چگالی جریان، به گونه ای تعریف شود که:

به طور تلویحی! [رندانه ] رابطه ی اولیه، تبدیل می شود به:

استفاده از رابطه ی بالا بهتر است؛ چون به جای یک عدد، به ما بردار می دهد!

نتیجه گیری

نه تنها شدت جریان، که به طور کلی چگالی جریان، پارامتر سرعت سوق است.

[نوآور]

بی کران سپاس از آقای سیدیان گرامی، با این حساب ، با توجه به رابطه آخر در پست اول، با کاهیدن سرعت سوق الکترونها از طریق اعمال میدان خارجی، شدت جریان هم به طور خطی کاهش می یابد (اگر چه لاجرم n هم در مخرج کسر- در واقع تعداد الکترونهای عبوری از سطح مقطع معین رسانا در واحد زمان و به تبع آن تعداد الکترونها در واحد حجم رسانا- کم می شود).

[امید سیدیان]

تا اینجا که می فرمایید:

با توجه به رابطه آخر در پست اول، با کاهیدن سرعت سوق الکترونها از طریق اعمال میدان خارجی، شدت جریان هم به طور خطی کاهش می یابد.

می گوییم:
آری، به طور کلاسیک، باید اینگونه شود.

اینجا که می فرمایید:

اگر چه لاجرم n هم در مخرج کسر- در واقع تعداد الکترونهای عبوری از سطح مقطع معین رسانا در واحد زمان و به تبع آن تعداد الکترونها در واحد حجم رسانا- کم می شود.

می گویم:
نه، نه ...
البته این تقصیر من است و باید بیشتر توضیح می دادم.

نباید فکر کنیم که

ربطی به جریان دارد.


ثابت است و تغییر نمی کند.

در حقیقت،

از ویژگی های هر رسانا است.
همانطور که دیدید بنده

را تعریف کردم:
تعداد الکترون های آزاد، در واحد حجم.

برای مثال،

برای مس، تقریباً برابر است با:


این یعنی هر متر مکعب از مس، حدود

عدد الکترون آزاد دارد.

روی همین حساب گفتم که سرعت سوق، با جریان رابطه ی خطی دارد.

[jhvh]

روی ان بیشتر فکر کنید


هر رسانایی ان ثابت ندارد مثلا در گردش خون با عجایبی رو برو میشویم

[ehsan.helli1]

نواور دیدی حدسم درست بود!؟!جواب الکتریسیته رو با سیالات دادم با کاهش سرعت دبی هم کم میشه یعنی جریان یا R کم میشه!

[نوآور]

روی ان بیشتر فکر کنید
هر رسانایی ان ثابت ندارد مثلا در گردش خون با عجایبی رو برو میشویم

!!!!!!!
البته تو سیستم اعصاب بدن، یونهای فلزی نقش الکترونها را بازی می کنند. شاید بشه با استفاده از میدانهای قدرتمند، حرکت اونها را هم کند کرد و از این طریق، مثلا به کاهش احساس درد عمومی افراد در حال ترک اعتیاد یا تصادفی کمک کرد (البته باید بیشتر پژوهش شود که این میدان های قوی، عوارض و مشکلات فیزیولوژیک بدتری در بدن ایجاد نکنند).

[نوآور]

نواور دیدی حدسم درست بود!؟!جواب الکتریسیته رو با سیالات دادم با کاهش سرعت دبی هم کم میشه یعنی جریان یا R کم میشه!

بله ، بهت تبریک می گم. البته باید قدر افراد فرهیخته ای مثل آقای سیدیان رو تو هوپا بیشتر بدونیم. این گونه اساتید ارزش جواهر دارند(اصلا غیر قابل قیمت گذاری هستند!).

[jhvh]

روی ان بیشتر فکر کنید
هر رسانایی ان ثابت ندارد مثلا در گردش خون با عجایبی رو برو میشویم

!!!!!!!
البته تو سیستم اعصاب بدن، یونهای فلزی نقش الکترونها را بازی می کنند. شاید بشه با استفاده از میدانهای قدرتمند، حرکت اونها را هم کند کرد و از این طریق، مثلا به کاهش احساس درد عمومی افراد در حال ترک اعتیاد یا تصادفی کمک کرد (البته باید بیشتر پژوهش شود که این میدان های قوی، عوارض و مشکلات فیزیولوژیک بدتری در بدن ایجاد نکنند).

کلا الکترونیک در بدن خیلی بغرنج تر میشه


مثلا در سیاهرگ اجوف تحتانی قطر رگ اگه کم بشه اصولا جریان باید کاهش پیدا کنه ولی این اتفاق نمیوفته ...کسی می تونه بگه چرا؟


در ادامه بحث شما بگم که این اتفاق میوفته و یکی از این روش های فیزیکی استفاده از اسید هاست .....