Сравнение скоростей

   

     Когда мы говорим об элементарных частицах, в голову сразу же приходят световые скорости и мгновенная передача данных. Но поверите ли вы, что электрон на самом деле движется даже медленнее, чем обычная улитка? Попробуем устроить небольшое соревнование и наглядно доказать, что улитка сможет опередить электрон.
     Итак, проведем сравнение конкурентов.
     Черепахи (лат. Testudines) — один из четырёх современных отрядов пресмыкающихся. Распространены в тропической и умеренной климатических зонах почти по всей Земле и живут как в воде, так и на суше. Отличительным признаком черепах является панцирь, который служит черепахам основной защитой от врагов.
      Электрон – это отрицательно заряженная элементарная частица, «обитающая» в атомах всех химических элементов. Электроны любят «питаться» электрическим полем, под воздействием которого начинают упорядоченно двигаться в определенную сторону, создавая электрический ток и активируя подключенные к розетке телефоны.
     Казалось бы, какое может быть сравнение скоростей между черепахой, ползущей по земле, и электронами, двигающимися в проводе? Ведь скорость бега среднестатистической сухопутной черепахи равна около 5-6 км в час, а скорость ходьбы составляет чуть более 1,5 км в час, а всё-таки у черепахи существует возможность опередить электрон в скорости, и произойдет это в тот момент, пока элементарная частица движется в проводнике.
     На первый взгляд, кажется, что электроны двигаются в проводе с огромной скоростью — ведь когда мы нажимаем на выключатель, лампочка в комнате загорается мгновенно. Но на самом деле это не электроны бегут по проводу со световой скоростью, а электрическое поле (то самое, которым «питаются» электроны) распространяется по всему проводнику со скоростью света, заставляя электроны упорядоченно двигаться в одну сторону одновременно по всей длине провода. Только в вакууме «движение электронов» распространится по проводнику со скоростью света. Скорость же движения электронов, например, в проводнике, не такая уж и большая. Её можно вычислить по следующей формуле:

I = n · A · V · Q, где
I – сила тока; n – количество электронов на кубический метр; A – сечение провода; V – скорость течения электрона; Q – заряд электрона

     Если внешнее электрическое поле приложено к проводнику, то в зависимости от материала проводника, от массы и заряда носителей заряда, от температуры, от разности потенциалов, — носители заряда придут в движение, но скорость этого движения будет существенно меньше скорости света, порядка 0,5 мм в секунду (для медного проводника сечением 1 мм2, по которому течет ток 10 А, средняя скорость дрейфа электронов составит 0,6–6 мм/c).

     Эта скорость зависит от концентрации свободных носителей заряда в проводнике n, от площади сечения проводника S, от заряда частицы e, от величины тока I. Как видите, несмотря на то, что электрический ток (фронт электромагнитной волны) распространяется по проводнику со скоростью света, сами электроны движутся куда медленнее. Получается, что скорость тока — это очень малая скорость.

     Получается, час электрон сможет преодолеть расстояние, приблизительно равное 0,0018 км в час.    Черепаха же в это время, как мы помним, успеет преодолеть целых 1,5 километра в час.
     Получается, электрон останется далеко позади, и заслуженную победу одержит улитка.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *