Koulukirjaesimerkin mukaan sähkövirta on vapaiden elektronien liikkumista jännite-eron vaikutuksesta. Mikä on viimeisin selitys sähkövirralle, mitä johtimessa oikeasti tapahtuu?
Ilmeisesti yksittäinen elektroni ei matkusta tasavirralla johdinta pitkin eri paikkaan? Elektronillekin kun on määritelty tietty massa, joten vanhan opin mukaan aine liikkuisi johtimessa sähkövirran aikana. Eli johdinaine uusiutuisi osittain koko ajan.
Ilmeisesti yksittäinen elektroni ei matkusta tasavirralla johdinta pitkin eri paikkaan? Elektronillekin kun on määritelty tietty massa, joten vanhan opin mukaan aine liikkuisi johtimessa sähkövirran aikana. Eli johdinaine uusiutuisi osittain koko ajan.
Vastaukset 18
Vanhimmat
Vähän samaan aiheeseen liittyen:
https://fi.wikipedia.org/wiki/Elektromigraatio
Lue vastaava pidempi englanninkielinen teksti. Paljon tutkittavaa riittää.
Kyllä se nykyopinkin mukaan elekronit kuljeksii johdossa päästä päähän kun johto on virrallinen. Esimerkiksi 1 ampeerin virralla ohittaa tarkastelupisteen 6,2 miljardia miljardia (6,2 * 10^18) elektronia sekunnissa.
Mutta elektronien liike on mahdottoman hidasta verrattuna sähkön liikkeeseen. Elekronit liikkuvat vain millimetrejä/ sek, mutta sähkö johdossakin (kenttänä)kulkee lähes valon nopeudella.
Johdossa on tietty laskettavissa oleva hidastuskerroin.
Ja vaihtovirralla elektronit eivät liiku paljon mihinkään, vaan kääntävät suuntaansa vaihtovirran tahdissa. Mutta vaikuttava kenttä liikku lähes valon nopeudella.
Ainetta siirtyy elektrolyysissä, jossa sähkövirta kuljettaa ioneita, Mutta johdossa ei, vaan liikkuvat vapaat elektronit ja elektroniaukot esim puolijohteissa. (Aukko = atomeilla vajaa elektronimäärä)
Mitähän asiasta sanovat kvantti-uskovaiset? Kulkeeko johdossa elektroni-pallukoita?
Tarkennetaan, että varaukset eivät todellaankaan kulje siististi jonossa navalta navalle, vaan ne sinkoilevat villisti minne sattuu. Keskiarvoisesti varaukset kuitenkin liikkuvat johtimessa "eteenpäin".
Tilannetta voi verrata suurkaupungin ruuhkaan töihinmenoaikana. Katutasolta tarkasteltuna voi vaikuttaa siltä, että ihmisiä sinkoilee eri suuntaa, mutta pilvenpiirtäjän katolta tarkasteltuna näet vain yhden ihmismassan joka liikkuu kohti keskustaa.
Sähkövirtahan voi olla mitä tahansa varausten liikettä ja samanaikaisesti voi liikkua sekä negatiivisia että positiivisia varauksia. Elektronit ovat kuitenkin poikkeuksellisen "villejä". Useat elektronit hyppivät vain atomista toiseen, jolloin kyseessä on yhdenlainen ketjureaktio, mutta toisaalta jotkut yksittäiset eletronit voivat matkata myös pidemmän matkaa.
Elektronien hyppiminen atomista toiseen johtaa yleensä myös positiivisten varausten jatkuvaan syntymiseen ja kuolemiseen, mikä monimutkaistaa tilannetta, sillä myös positiiviset varaukset vaeltavat potentiaalikentässä olemassaolonsa ajan, mikä on myös sähkövirtaa. Samalla saattaa tapahtua myös kemiallisia reaktioita.
Kvanttimekaniikan kannalta tarkasteltunahan me taas emme edes voi seurata yksittäisen elektronin liikettä tarkasti, sillä sen sijainti riippuu puhtaasti todennäköisyyksistä. Maalikon järjenjuoksun vastaisesti yksittäinen elektroni voi esimerkiksi tunneloituitua pieniä välimatkoja. Kaukaa, "Pilvenpiirtäjän katolta" seuraten kaikki näyttää kuitenkin tapahtuvan normaalisti.
kuten nimimerkki tuossanoin jo yläpuolella täysin oikein kertoikin,
"Sähkövirtahan voi olla mitä tahansa varausten liikettä ja samanaikaisesti voi liikkua sekä negatiivisia että positiivisia varauksia".
Varausten kuljettajina voivat siis toimia niin positiivisesti kuin negatiivisestikin varautuneet hiukkaset, tai puuttuvien hiukkasten muodostamat aukot. Elektronitkaan eivät aina suinkaan liiku vapaina, vaan esim korkean lämpötilan keraamisissa suprajohteissa ne liikkuvat Cooperin pareina, eli yhdessä kumppaninsa kanssa.
Yksittäinen elektroni voi siis hyvinkin liikkua paikasta toiseen, jos johtimessa kulkee tasavirtaa, muttei niin ole mikään pakko olla.
Ei ole olemassa mitään uutta ja vanhaa selitystä. Ylipäätään selitys on täysin epäfysikaalinen ilmaisu. Fysiikan tavoitteena on havainnoida ja mallintaa todellisuutta, ei selittää sitä. Fysiikan opetuksen tavoitteena voi ollakin selittää asioita, varsinkin peruskoulutasolla, mutta se ei mitenkään liity tieteenhaaraan nimeltä fysiikka, jossa lähtökotaisesti mitään ei selitetä.
Nämä asiat on tieteellisesti selvitetty jo aikaa sitten, lukuunottamatta Cooperin paria mikä on selvästi uudempi havainto.
kuten nimimerkki tuossanoin jo yläpuolella täysin oikein kertoikin,
"Sähkövirtahan voi olla mitä tahansa varausten liikettä ja samanaikaisesti voi liikkua sekä negatiivisia että positiivisia varauksia".
Varausten kuljettajina voivat siis toimia niin positiivisesti kuin negatiivisestikin varautuneet hiukkaset, tai puuttuvien hiukkasten muodostamat aukot. Elektronitkaan eivät aina suinkaan liiku vapaina, vaan esim korkean lämpötilan keraamisissa suprajohteissa ne liikkuvat Cooperin pareina, eli yhdessä kumppaninsa kanssa.
Yksittäinen elektroni voi siis hyvinkin liikkua paikasta toiseen, jos johtimessa kulkee tasavirtaa, muttei niin ole mikään pakko olla.
Ei ole olemassa mitään uutta ja vanhaa selitystä. Ylipäätään selitys on täysin epäfysikaalinen ilmaisu. Fysiikan tavoitteena on havainnoida ja mallintaa todellisuutta, ei selittää sitä. Fysiikan opetuksen tavoitteena voi ollakin selittää asioita, varsinkin peruskoulutasolla, mutta se ei mitenkään liity tieteenhaaraan nimeltä fysiikka, jossa lähtökotaisesti mitään ei selitetä.
Nämä asiat on tieteellisesti selvitetty jo aikaa sitten, lukuunottamatta Cooperin paria mikä on selvästi uudempi havainto.
Tämä edellinen viesti kuvastaa hyvin sitä ettei olla perillä asioista. Selitellään ummet ja lammet kaikkia mahdollisia sähköilmiöitä, että ne kaikki mönkivät johtimessa yhtäaikaa sinne ja tänne. Kyllä sähkö kulkee kerrallaan vain yhdellä tavalla.
On väärin ajatella, että sähkövirta muodostuisi jono yhdellä tavalla liikkuvia varauksia. Tämä on käyty läpi myös yliopiston sähkömangetismin luennoilla.
Edellä yritinkin selittää asian mahdollisimman yksinkertaisesti ja maanläheisesti, mutta lisätään vielä, että varaus voi olla esimerkiksi varautunut hiukkanen tai aukko.
Viestisi kuvastaa lähinnä puutteita luetunymmärtämistaidoissasi.
Missään lainaamassasi viestissä ei ole väitetty että : "ne kaikki mönkivät johtimessa yhtäaikaa sinne ja tänne. ", kuten täysin virheellisesti väitit.
Jos haluaa syvällisemmin perehtyä aiheeseen, on syytä tutkiskella kvanttielektrodynamiikkaa (QED). Asentajalle ja inssillekin riittää hyvin perinteiset keskiarvoistukseen pohjaavat kaavat.
Tusinpa se että opittaisiin tietämään mitä sähkövirta oikeasti on, romuttaisi kuitenkaan nyt käytössä olevia laskentakaavoja :)
Lähes kaikkeen tekniseen laskentaan ovat nykyään käytössä olevat sähkökaavat aivan riittävän tarkkoja.
"Turhantarkkuus on teknistä tietämättömyyttä."
... varsinkin, kun sähkövirran tarkka olemus eli yksittäisten varauksenkuljettajien ominaisuudet tulevat näkyviin vain erityisissä olosuhteissa. Niitä joudutaan miettimään puolijohteita, raekohinaa ja hyvin pieniä virtoja käsiteltäessä.
Minäkään en ole kuullut mistään sellaisesta, jonka perusteella olisi tarvetta ryhtyä laittamaan sähkövirran malleja uusiksi. Se, että nykyisen mallin yksityiskohtainen ymmärtäminen on hankalaa ei ole mikään peruste väittää, että malli olisi jotenkin viallinen. Joka on aiheesta kiinnostunut (sähkövirta johteessa) lukekoon kiinteän aineen fysiikkaa ja puolijohdefysiikkaa. Aiheesta löytyy paljon oppikirjoja ja siitä järjestetään yliopistoissa kursseja.
MIT:n avoin kurssi kiinteän olomuodon fysiikan perusteista löytyy linkin tinyurl.com/yddetz2z kautta. Hyödyksi on tietty jos kvanttimekaniikan peruskäsitteet ovat jo hallussa.
Sähkövirta on vain yksi voiman- tai energiansiirto tapa, aivan kuten hydrauliöljy tai kardaaniakseli.
Ja varmasti täysin erilainen ja kaikesta muusta poikkeava. Ei sen kummempi.
Oppikirja on oikeassa. Sähkö on vapaiden elektronien liikkumista johtimessa. Huomaa, että elektronit reagoivat sähkökenttään. Itse signaali liikkuu tämän kentän etenemisnopeudella eikä suinkaan tarkoita, että saman elektronin tarvitsisi liikkua johtimen päästä toiseen samalla nopeudella kuin itse signaali. Ne ovat kaksi eri asiaa. Ajattele vaikka, että toinen varaus puskee edellistä varausta eteenpäin sähkökentällään. Elektronit liikkuvat tietenkin sinne tänne, mutta itse kokonaiskuva on, että syntyy etenevä elektronivirta. Johtimessa virrantiheys on suurin johtimen pinnassa, koska elektronit hylkivät toisiaan, paitsi menosuunnassa, niin myös johtimen poikkileikkauksen suuntaan.
Elektromigraatio on eri asia, Sillä tarkoitetaan itse johteen atomien siirtymistä virran vaikutuksesta. Sähkövirta on pelkkää elektronien liikettä.