Mitä piirin elektronille tapahtuu, kun komponenttia käsitellään?

välillä, kun jännite on suurempi; ennen kuin elektronit saavuttavat komponentin, ja sen jälkeen.

Molemmissa tapauksissa elektronit ovat edelleen olemassa, ja ne ovat edelleen elektroneja, ja liikkuvat edelleen suunnilleen samalla tavalla, ja niiden tiheys on samanlainen.

Harkitse polkupyörävaihteistoa, jossa polkupyöräketju on johtimen silmukka, joka kulkee suljetussa piirissä generaattorin ja kuorman välillä. Linkit ovat elektroneja. Ketjupyörä tuottaa energiaa. Ketju toimii takarattaalla, kun se liikkuu.

Ainoa ero ketjun kahden puolen välillä on jännitys, se antaa sen liikkeen tehdä työtä.

Ainoa ero lähtöjohdon ja paluulangan välillä on jännite, mikä ilmaisee potentiaalienergiaa latausyksikköä kohti, mikä sallii virran virtauksen.

Ja kuten transistori kommenteissa sanoo, tulos näkyy heti takapyörässä, vaikka ketjulenkit liikkuvat hitaasti. No, melkein heti. Lähetys tapahtuu äänen nopeudella ketjumateriaalissa, aivan kuten lähetys tapahtuu valon nopeudella johtoa pitkin.

Kuorman negatiivisella puolella, johon elektronit pääsevät, ne ovat keskimäärin hieman lähempänä toisiaan (olettaen samanlaisia materiaaleja) kuin kuorman positiivisella puolella, josta ne lähtevät.Tätä tarkoittaa lähinnä se, että (sähköstaattinen) jännite on matalampi.

"Elektronikaasun" "puristus" pitää potentiaalienergiaa, ja kun jokainen varausyksikkö liikkuu kuorman läpi ja "laajenee", tämä energia menetetään kuormalle.

Huomaa kuitenkin, että sähköstaattinen voima on uskomattoman voimakas, joten elektronitiheyden ero on hyvin pieni ja se määräytyy tilavuuden ja itsekapasitanssin perusteella.piirielementit.

Verrattuna @ Neil_UK: n vastaukseen, joka on myös oikea, se on kuin kuinka polkupyöräketjun päällä olevia linkkejä venyttää jännitys hyvin vähän.

Pysymme klassisessa kontekstissa.

Tarkastellaan ensin, mitä tapahtuu elektronille, joka on sähkökentän alaisena in tyhjössä. elektroni kokee voiman F = q E, joka saa sen kiihtymään (tai hidastumaan alkuperäisistä olosuhteistaan ​​riippuen). Potentiaalinen energia muunnetaan kineettiseksi energiaksi tai viceversaksi.
Jos elektronin loppupisteessä on pienempi potentiaalienergia alkuasemaansa nähden, se on saavuttanut kineettisen energian.

Tarkastellaan nyt elektroneja in resistiivisessä johtimessa (kuten vastus, mutta myös kuparilanka, joka yhdistää sen akkuun) tasasähköisen suljetun piirin sisällä.
Tiedämme, että kun virtaa virtaa piirissä, johtimen sisällä on sähkökenttä E, joka seuraa johtimen polkua ja jonka suuruus on Ohmin lain mukainen (paikallisessa muodossaan) \ $ E = j / \ sigma \ $ .

_{Tämä kenttä luodaan pintavarauksella, jonka tiheys muuttuu läpäisevyyden ja johtavuuden gradienttien vastaavuudessa. Kuparijohtimen sivupinnalla ja kuparin ja resistiivisen materiaalin äkillisissä rajapinnoissa oleva varaus on vastuussa siitä, että sähkökenttä on Ohmin lain mukainen. Seuraavassa tarkastelen saman johtimien poikkileikkauksen omaavaa vastusta, joka on rakennettu materiaalilla, jolla on paljon pienempi johtavuus \ $ \ sigma \ $ . (Huomaa, että vaikka vastus koostuu samasta materiaalista kuin johdot, mutta poikkileikkaukseltaan eroaa toisistaan, muodonmuuttuessa kehittyy pintavaraus, jossa muoto muuttuu "ohjaamaan" kenttäviivoja pienemmän osan sisällä. Tässä tapauksessa virrantiheys kasvaa ja koska materiaalilla on sama johtokyky, niin myös vastuksen sisällä oleva sähkökenttä kasvaa)}

Kun molemmilla johtimilla ja vastuksella on sama poikkileikkaus, virtatiheys on sama kaikissa pisteissä ja pintavaroituksen vaikutus rajoihin on tehdä kuparin sisällä olevasta sähkökentästä ja resistiivisestä materiaalista suuresti erilainen . Tämä johtaa erilaisiin arvoihin sähköpotentiaalienergiaa ja tietysti sähköpotentiaalia virtapiirillä.
Aluksi saattaa näyttää siltä, ​​että olemme samassa tilassa kuin tyhjiössä: materiaalin sisällä olevat elektronit altistuvat E-sähkökentälle, ja meidän pitäisi odottaa niiden kiihtyvän. Ja todellakin he tekevät, mutta sitten, klassisessa sähkönjohtomallissa, he törmäävät myös ionien ristikkoon, josta materiaali on valmistettu. Makroskooppisen vaikutuksen tarkoituksena on piilottaa kentän ja törmäysten vaikutuksesta johtuvat äkilliset kiihtyvyydet ja hidastumat, jättäen illuusion vakiovirran tiheydestä, joka heijastuu vakiovirran tiheyteen \ $ j = \ sigma E \ $ .

Elektronit, jotka "tulevat" vastukseen, jolla on suurempi potentiaalinen energia , liikkuvat samalla keskinopeudella kuin ne, jotka poistuvat siitä pienemmällä potentiaalienergialla, joten potentiaalienergian menetys ei noussut niiden (keskimääräinen) kineettinen energia. Joten mihin heidän energiansa meni?
Se siirrettiin ionien ristikkoon: sen sijaan, että potentiaalienergia muutettaisiin yksinkertaisesti elektronien kineettiseksi energiaksi, kuten se tapahtuisi tyhjiössä, potentiaalienergia muuttuu ristiatomien häiriöttömäksi kineettiseksi energiaksi. Resistiivinen johdin lämpenee.

Vastuksen rajapinnan varaukset luovat sen sisällä vahvemman kentän, joka tekee potentiaalisen energian muutoksen eron paljon suuremman kuin hyvässä johtimessa: suurempi potentiaalienergian menetys vastuksen läpi kulkevalla polulla vastaa suurempi lämpöenergian voitto materiaalin hilasta. Vastus lämpenee, kuparilangat eivät.

_{Huomaa, että tässä klassisessa mallissa elektronit ovat pohjimmiltaan vuorovaikutuksessa itsensä kanssa ja taikuutta työskentelevät se, mikä on pohjimmiltaan paikallaan pysyviä pintavarauksia (jotka jakautuvat virtapiiriin rentoutumisajoin heti, kun piiri on suljettu). Johtavuuselektronit eivät ole kuin kovat pallot johtimessa, eikä niiden välillä ole `` kytkentää '' tai `` jännitystä kuin ketjun linkeissä. Lisäksi vastuksen sisällä olevan sähkökentän erilainen arvo johtuu pintavaroituksen jakautumisesta (joko sivupinnalla eri materiaalien rajalla) eikä "elektroninesteen" erilaisesta tiheydestä. Sub >}

Heillä on enemmän potentiaalista energiaa.

Elektronin piirissä ennen kuin se kulkee vastuksen läpi ja kohti negatiivista napaa, potentiaalienergia on suurempi, kun se liikkuu kohti negatiivista napaa, se hajottaa potentiaalienergian ja muuntaa sen lämmöksi (jos kyseessä on lankatai vastus).

Harkitse positiivista varausta sähkökentässä, varaus siirtyy positiiviselta puolelta (jolla on korkeampi PE) negatiivisella puolella (toisella, jolla on pienempi PE).

Sama kuin ilman massa, se liikkuu painovoimakentän poikki korkeamman potentiaalisen energian asemasta kohtaan, jossa on pienempi potentiaalinen energia.