जब वोल्टेज लगाया जाता है तो क्या इलेक्ट्रॉन वास्तव में प्रवाहित होते हैं?

Question

यह किताबों में कहा गया है कि एक सर्किट एक बंद रास्ता है और इस प्रकार इलेक्ट्रॉन स्रोत में वापस आ जाते हैं। अगर ऐसा है, तो क्या होगा जब एक सर्किट में पृथ्वी की गलती थी? इलेक्ट्रॉन अपने स्रोत पर कैसे लौटेंगे?

क्या इलेक्ट्रॉन वास्तव में अपने परमाणुओं से बाहर निकलते हैं या क्या वे केवल उस तरह ऊर्जा को स्थानांतरित और स्थानांतरित करते हैं जब हम एक वोल्टेज लागू करते हैं?

Comments

मैंने अपने उत्तर में अधिक चर्चा की, लेकिन सर्किट एक अमूर्त अवधारणा है। सार में "इलेक्ट्रॉनों वापस स्रोत पर आते हैं" का अर्थ है कि उन्हें संदर्भ क्षमता तक पहुंचना होगा। उदाहरण के लिए, एक ग्राउंडेड बैटरी और पृथ्वी: मोबाइल चार्ज पृथ्वी या बैटरी तक पहुंच सकता है, लेकिन क्योंकि वे एक ही क्षमता में हैं, इसलिए वे प्रभावी रूप से जुड़े हुए हैं।

— DrFriedParts

जब पृथ्वी में कोई खराबी होती है, तो इलेक्ट्रॉन पृथ्वी की खराबी के माध्यम से, पृथ्वी कनेक्शन के माध्यम से, स्रोत में वापस चले जाते हैं। यदि पृथ्वी का कोई संबंध नहीं था, तो पृथ्वी की गलती के साथ भी कोई वर्तमान नहीं होगा। एक पूरी तरह से अलग सर्किट सुरक्षित होगा, लेकिन यह एक और सवाल है।

— दाविद

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Answer 1

इधर-उधर घूमने वाले इलेक्ट्रॉनों के संदर्भ में करंट के बारे में सोचना एक खराब मानसिक मॉडल के लिए एक शुरुआत है कि बिजली कैसे काम करती है। यहाँ इसके साथ कुछ गलत बातें हैं:

• इलेक्ट्रॉनों लेकिन कई चार्ज वाहक में से एक हैं। कोई भी आयन एक चार्ज वाहक है।

• इलेक्ट्रॉनों को संतुलित करने वाले प्रोटॉन उतने ही महत्वपूर्ण हैं। यदि आपके पास सिर्फ इलेक्ट्रॉन होते, तो ब्रह्मांड के सभी इलेक्ट्रॉन एक दूसरे से खण्डित होकर ब्रह्मांड में बाहर निकल जाते।

• इलेक्ट्रॉनों का ऋणात्मक आवेश होता है, और आप स्वयं को बिना किसी अच्छे कारण के इस बात के लिए भ्रमित करेंगे कि वे कैसे नकारात्मक से सकारात्मक की ओर प्रवाहित होते हैं। यह वास्तव में बिल्कुल भी मायने नहीं रखता है।

• इलेक्ट्रॉनों वास्तव में हर समय सभी यादृच्छिक दिशाओं में चारों ओर घूम रहे हैं, और वर्तमान के कारण उनकी गति की तुलना में ऋणात्मकता है।

महत्वपूर्ण बात यह है: आवेश वाहक (ऐसे इलेक्ट्रॉनों में से एक है) का उपयोग एक इलेक्ट्रोमोटिव बल (आमतौर पर वोल्टेज कहा जाता है) को संचारित करने के लिए किया जा सकता है । यह एक बहुत ही साधारण अवधारणा है, वास्तव में। आप एक रॉड के एक छोर को धक्का दे सकते हैं, और एक यांत्रिक बल को रॉड के दूसरे छोर तक पहुंचा सकते हैं। क्या छड़ी चलती है, जब आप ऐसा करते हैं? ठीक है, हो सकता है, लेकिन यहां दो चीजें हो रही हैं:

1. बल को रॉड के माध्यम से प्रेषित किया जाता है, क्योंकि उस सामग्री में ध्वनि की गति से फैलने वाली तरंगें होती हैं
2. अगर और केवल अगर हम भी शक्ति संचारित करते हैं, तो रॉड ज्यादातर मामलों में बहुत धीमी गति से चलती है

अंतर एक रॉड के लिए स्पष्ट है, लेकिन चूंकि हम इलेक्ट्रिक चार्ज नहीं देख सकते हैं, इसलिए अंतर स्पष्ट नहीं है।

तो, आपका सवाल था: क्या इलेक्ट्रॉन वास्तव में प्रवाहित होते हैं जब एक वोल्टेज लगाया जाता है? कड़ाई से बोलना, उत्तर शायद है , और यह इस बात पर निर्भर करता है कि आपके प्रवाह से क्या मतलब है । यह सवाल के समान है, जब आप इसे खींचते हैं तो एक रस्सी चलती है? ठीक है, अगर यह एक गुब्बारे से जुड़ा हुआ है, तो यह बहुत आगे बढ़ सकता है। यदि यह एक ईंट की दीवार से जुड़ा हुआ है, तो यह बिल्कुल भी नहीं हिल सकता है।

चार्ज कैरियर्स की गति (इलेक्ट्रॉनों की तरह) वर्तमान है । यदि हमारे पास एक करंट है, तो आवेश वाहकों की शुद्ध गति है। वास्तव में वे सभी पर झूल रहे हैं, जितना कि व्यक्तिगत पानी के अणु एक पाइप में चारों ओर घूम रहे हैं, भले ही कोई शुद्ध प्रवाह न हो। वर्तमान औसत आंदोलन का वर्णन करता है। डीसी करंट के मामले में, औसत गति एक सर्कल में है।

व्यक्तिगत चार्ज वाहक इसे पूरा करने के लिए कैसे बातचीत करते हैं यह जटिल है, और यह वास्तव में एक भौतिकी प्रश्न है, न कि एक इलेक्ट्रॉनिक्स प्रश्न। हालाँकि, मेरा सुझाव है कि आप इस MIT ट्यूटोरियल को खेतों में देखें ।

Comments

लेकिन एक इलेक्ट्रॉनों का एक गुच्छा अलग उड़ जाएगा, एक गेंद में एक साथ cuddle नहीं।

— राउटर वैन ऊइजेन

@WoutervanOoijen हाँ, मुझे लगता है कि आप सही हैं :) किसी भी मामले में, यह एक बहुत ही अलग दुनिया होगी!

— फिल फ्रॉस्ट

मेरे द्वारा पढ़ी जाने वाली सभी चीज़ों का 90% सिर्फ सादा गलत है जब वह इधर-उधर घूमने वाले इलेक्ट्रॉनों और ढीले इलेक्ट्रॉनों की बात आती है।

— जॉनी

Answer 2

जब वोल्टेज लगाया जाता है तो इलेक्ट्रॉन भौतिक रूप से गति करते हैं - बेहद धीरे-धीरे ।

एक सर्किट 100VDC पर सक्रिय है, 2A व्यास तांबे के तार के माध्यम से 1A लोड (एक प्रकाश बल्ब की तरह) को बिजली देने वाले इलेक्ट्रॉनों को देखेंगे:

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

कहाँ पे

• क्यू तांबे की प्रति सेंटीमीटर इलेक्ट्रॉनों की संख्या है (लगभग $8.5 \times 10^{22}$
• R तार की त्रिज्या है
• $1.6 \times 10^{-19}$ कूपलम्ब)

यह काम करता है 8.4 सेमी / घंटा । बिल्कुल तेज नहीं है।

क्या महत्वपूर्ण है तथ्य यह है कि यह ऊर्जा है कि सर्किट के माध्यम से लगभग तुरंत दौड़ता है - इलेक्ट्रॉनों को खुद नहीं। (इलेक्ट्रॉन ऊर्जा को तेज़ी से प्रवाहित करने की अनुमति देने के लिए एक सुविधाजनक 'राजमार्ग' बनाते हैं।)

यह दुर्भाग्यपूर्ण है कि एक वोल्टेज के तहत इलेक्ट्रॉनों का धीमा बहाव ऊर्जा के प्रवाह के समान नाम के साथ समाप्त हो गया जो वास्तव में एक सर्किट में काम करता है।

Comments

$P=IE$$I=0$

आधी हकीकत। आप पर ध्यान दें, एसी में, वे केवल झूमते हैं और वास्तव में प्रति सेगमेंट नहीं करते हैं।

— एडम लॉरेंस

Q = 8.5 × 10 ^ 22 Elektrons / cm ^ 3 , Cu की मात्रा के प्रति इलेक्ट्रॉनों की कुल संख्या है। उन इलेक्ट्रॉनों का केवल एक अंश मुक्त इलेक्ट्रॉन हैं जो चालन में भाग लेते हैं ( en.wikipedia.org/wiki/Free_electron_model )। तो यह सूत्र गलत है।

— दही

@ आपका नंबर गलत है, आपको यह कहां से मिला? > "Q = 8.5 × 10 ^ 22 Elektrons / cm ^ 3 घन की मात्रा के अनुसार इलेक्ट्रॉनों की कुल संख्या है।" नहीं, तांबे के लिए इलेक्ट्रॉनों / सेमी ^ 3 की कुल संख्या 2.46x10 ^ 24 है। इसलिए, यदि प्रत्येक परमाणु धातु के इलेक्ट्रॉन-समुद्र में सिर्फ एक मोबाइल इलेक्ट्रॉन का योगदान देता है, तो मुक्त इलेक्ट्रॉन घनत्व = 2.46e24 / N, जहां तांबे के लिए N = 29 है। उनका उपरोक्त समीकरण सही है। हॉलिडे / रेसनिक भौतिकी में यह वही कैल्क देखें, या विकिपीडिया, Drift_velocity

— विचित्र

@wbeaty: हाँ, आप सही हैं (मेरे पास हॉलिडे नहीं है) लेकिन मैंने पुनर्गणना की और rho / Mm * Na * 29 = 2.44E24 के बारे में प्रति इलेक्ट्रॉनों की कुल संख्या के रूप में प्राप्त किया ^ 3 (rho densyy, Mm molar mass, Na = एवोगैड्रो की संख्या)। मुझे 2 साल पहले की अपनी गणना याद नहीं है ...

— दही

Answer 3

भौतिक वास्तविकता के साथ सुविधाजनक अमूर्तता को भ्रमित न करें

• "सर्किट" एक अमूर्त अवधारणा है जो हमें दुनिया के बारे में बेहतर कारण देने के लिए डिज़ाइन की गई है।
• इलेक्ट्रॉन एक भौतिक इकाई हैं।

"बंद" रास्तों के बारे में एक नोट

बंद पथ सर्किट स्रोत में लौटने वाले इलेक्ट्रॉनों का मतलब नहीं है। इसके अलावा, जो इलेक्ट्रॉन स्रोत को छोड़ देते हैं, वे शायद ही कभी एक ही इलेक्ट्रॉन होते हैं जो स्रोत के दूसरे ध्रुव पर लौटते हैं (वेग स्पष्टीकरण के लिए @ मदमंगुरुमन का उत्तर देखें)।

यांत्रिक उपमाएँ

यह डोमिनोज़ की तरह है जो गिर जाते हैं। ऊर्जा की लहर गिरते हुए डोमिनोज़ के माध्यम से फैलती है, लेकिन डोमिनोज़ अधिक अनुवाद नहीं करते हैं।

याद रखें कि ऊर्जा उस इलेक्ट्रॉन (वोल्टेज) पर लागू होने वाले समय का प्रभार है। यह (बड़े पैमाने पर) बलों है जो धातु के जाली के माध्यम से आगे बढ़ रहे हैं, न कि शुल्क (इलेक्ट्रॉनों)।

जैसे इस चित्र में:

बल गेंदों में स्थानांतरित हो जाते हैं, लेकिन गेंदें काफी हद तक रुक जाती हैं। यांत्रिक गेंदों के विपरीत, जो गुरुत्वाकर्षण द्वारा संतुलित होते हैं, गैल्वेनिक कोशिकाओं (बैटरी) से धातु के तारों में इलेक्ट्रॉनों के साथ, इलेक्ट्रॉनों की धीमी गति से समग्र बहाव होता है (जैसे ट्रैफिक में फंस कारों)।

आगे की पढाई

आप इस जवाब पर विचार कर सकते हैं जो मैंने एक समान संबंधित भौतिकी प्रश्न के लिए दिया था।

Comments

हेह, सर्किट आम ​​मैक्रो ऑब्जेक्ट हैं, जबकि इलेक्ट्रॉनों मजबूत क्यूएम व्यवहार के साथ सैद्धांतिक जानवर हैं। लेकिन मैं सहमत हूं: हम चार्ज किए गए प्लास्टिक व्हील पर होज़ के माध्यम से चार्ज किए गए रेत या चार्ज किए गए धातु के गोले से निर्मित सर्किट का उपयोग करके बहुत अमूर्तता को समाप्त कर सकते हैं। किसी भी मामले में, किसी भी सर्किट में चार्ज बहाव (वर्तमान) आवश्यक है। सादृश्य: एक यांत्रिक ड्राइव बेल्ट के साथ, कम गति पर उच्च और उच्च बल / तनाव को रोजगार देते हैं, जब तक कि मीटर मीटर / घंटा पर चलता है, तब तक किलोवाट स्थानांतरित करता है। यह केवल ऐसा लगता है जैसे बल गति से अधिक महत्वपूर्ण है। स्लोबो बेल्ट बंद करो, और ऊर्जा भी बंद हो जाती है।

— wbeaty

Answer 4

हम यहां धातुओं के बारे में बात कर रहे हैं। आमतौर पर, धातु की एक वस्तु में अणु नहीं होते हैं। इसमें धातु के परमाणु होते हैं, सभी एक साथ समूहीकृत होते हैं। यह नीचे दी गई तस्वीर में दिखाया गया है:

लाल घेरे इलेक्ट्रॉन होते हैं। जैसा कि आप देख सकते हैं, आप वास्तव में यह नहीं कह सकते हैं कि एक इलेक्ट्रॉन 'परमाणु' क्या है। ये इलेक्ट्रॉन परमाणुओं के बीच संबंध बनाते हैं - इसलिए वे दो परमाणुओं के हैं।

अब, जब एक धारा बहने लगती है, तो ये इलेक्ट्रॉन वास्तव में चलते हैं। जब एक धारा प्रवाहित होती है, तो ऊर्जा स्थानांतरित होती है। चूंकि परमाणु आसानी से स्थानांतरित नहीं हो सकते हैं, इलेक्ट्रॉनों को स्थानांतरित करना होगा।

आप इसे वर्तमान की इकाई एम्पीयर में भी देख सकते हैं: 1 एम्पीयर प्रति सेकंड 1 कूलम्ब के बराबर होता है। कूलम्ब (C) आवेश (Q) की इकाई है। 1 एम्पियर का अर्थ है 1 कूलम्ब का आवेश 1 सेकंड में एक निश्चित बिंदु से गुजरता है। यह आवेश उन इलेक्ट्रॉनों द्वारा निर्मित होता है जो वास्तव में ऑब्जेक्ट वन से ऑब्जेक्ट टू तक आते हैं।

जब हम डीसी करंट (सामान्य बैटरी चालित एप्लिकेशन, उदाहरण के लिए) के बारे में बात कर रहे हैं, तो ये इलेक्ट्रॉन अपने स्रोत पर वापस नहीं आएंगे। इस सर्किट पर विचार करें:

शुरुआत में, ऋणात्मक और धनात्मक ध्रुव के बीच आवेश में अंतर होता है: ऋणात्मक ध्रुव में इलेक्ट्रॉनों का अधिशेष होता है। यह एक बल (वोल्टेज) बनाता है, और चूंकि दो ध्रुवों (तार और बल्ब) के बीच एक लिंक होता है, इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह शुरू होता है। इलेक्ट्रॉनों को नकारात्मक ध्रुव से बल्ब के माध्यम से सकारात्मक ध्रुव तक ले जाते हैं, जब तक कि वहां कोई आवेश नहीं होता (या यह इतना कम होता है कि इससे करंट प्रवाहित नहीं होगा)।

अब आप देख सकते हैं कि ये इलेक्ट्रॉन अपने स्रोत पर वापस नहीं आए: वे नकारात्मक ध्रुव पर शुरू हुए और सकारात्मक ध्रुव पर समाप्त हुए।

हम इसे एक बंद रास्ता कहते हैं क्योंकि वहाँ एक चक्र है: वर्तमान बैटरी पर शुरू होता है और बैटरी पर समाप्त होता है। वहाँ भ्रम है क्योंकि बैटरी वास्तव में दो वस्तुओं में मौजूद है: सकारात्मक और नकारात्मक ध्रुव।

इस सर्किट को देखें (जो मूल रूप से एक ही है, लेकिन एक संधारित्र के साथ एक बैटरी और एक बल्ब के बजाय एक अवरोधक के साथ):

संधारित्र के बाईं ओर से वर्तमान प्रवाह (नकारात्मक चार्ज, इलेक्ट्रॉनों के अधिशेष) संधारित्र के बाईं ओर प्रतिरोध (सकारात्मक चार्ज, इलेक्ट्रॉनों की कमी) के माध्यम से। यहां, कैपेसिटर प्लेट्स को अलग किया जाता है, ताकि आप आसानी से देख सकें कि यह वास्तव में एक बंद रास्ता नहीं है।

हम इसे केवल एक बंद रास्ता कहते हैं, क्योंकि वर्तमान संधारित्र पर शुरू और समाप्त होता है।

चूंकि इलेक्ट्रॉनों को वास्तव में अपने आधार पर वापस नहीं आना है, आप अब यह समझ सकते हैं कि इलेक्ट्रॉन पृथ्वी में भी प्रवाह कर सकते हैं। बिजली गिरने से भी यही होता है। इलेक्ट्रॉनों को बादलों से पृथ्वी (या आसपास का रास्ता, मुझे नहीं पता होगा) में प्रवाह होता है, बस प्रभारी के अंतर को बेअसर करने के लिए।

Comments

बिजली के बारे में: दोनों दिशाएँ। " दुनिया भर में औसतन, नकारात्मक बिजली चमकने से अधिकांश में लगभग 90 प्रतिशत प्रहार होते हैं। ... वैसे, सकारात्मक बिजली के हमलों को सबसे खतरनाक माना जाता है, क्योंकि वे 300,000 तक बहुत बड़ी धाराओं का उत्पादन कर सकते हैं। amps! "( स्रोत )

— अनिंदो घोष

मुझे आपकी ऊर्जा @Camil (सज़ा देने का इरादा) पसंद है, लेकिन आपको पता होना चाहिए कि इस उत्तर के साथ कई सूक्ष्म अशुद्धियाँ हैं। भ्रम यह नहीं है कि एक बैटरी में दो ध्रुव होते हैं, भ्रम यह है कि सर्किट किसी एकल इलेक्ट्रॉन की गति का वर्णन नहीं करते हैं - वे समग्र व्यवहार और ऊर्जा हस्तांतरण का वर्णन करते हैं ... आपका उत्तर उसी भ्रमित धारणाओं को जारी रखता है जिससे नेतृत्व किया गया है। सवाल पूछने के लिए ओ.पी. या तो अमूर्त में चर्चा करें, किस स्थिति में, वर्तमान को स्रोत पर वापस लौटना चाहिए - या - इलेक्ट्रॉनों के साथ भौतिक और उनके किसी भी-उपस्कर-सतह-इच्छा-दृष्टिकोण पर चर्चा करें।

— DrFriedParts

ps - मैंने वोट नहीं डाला। मामले में रिकॉर्ड के लिए बस कोई और करता है। -- "मैं नहीं!" ;)

— DrFriedParts

यह भी इंगित करने योग्य होगा कि हालांकि इलेक्ट्रॉनों बैटरी के माध्यम से यात्रा नहीं करते हैं, वर्तमान करता है। यही कारण है कि एक बैटरी में एक इलेक्ट्रोलाइट होना चाहिए, और यह ठीक काम करता है क्योंकि इलेक्ट्रॉन इसके माध्यम से यात्रा नहीं कर सकते हैं, लेकिन सकारात्मक आयन कर सकते हैं। धनात्मक आयन, इलेक्ट्रॉनों की विपरीत दिशा में यात्रा करते हुए, इलेक्ट्रॉनों को सर्किट के माध्यम से संतुलन बनाने से रोकते हैं जब तक कि रासायनिक ऊर्जा समाप्त न हो जाए। यद्यपि आयन और इलेक्ट्रॉन विपरीत दिशाओं में चलते हैं, उनके पास विपरीत चार्ज होते हैं, और एक साथ एक दिशा में वर्तमान का पूरा सर्किट बनाते हैं।

— फिल फ्रॉस्ट

@CamilStaps एक व्यक्तिगत इलेक्ट्रॉन कहीं भी एक यादृच्छिक पथ लेगा। संभवतः इस गति का अधिकांश भाग थर्मल शोर के कारण होता है, न कि उस इलेक्ट्रिक मशीन का जिसमें यह एक हिस्सा होता है। अगर आप ले इलेक्ट्रॉनों के कई (अरबों से अधिक) की औसत गति देखेंगे कि वे एक से अधिक दिशा में आगे बढ़ रहे हैं। और, सर्किट इलेक्ट्रॉन प्रवाह का वर्णन नहीं करते हैं: वे वर्तमान प्रवाह का वर्णन करते हैं।

— फिल फ्रॉस्ट