Πώς μπορούμε να υπολογίσουμε τον αριθμό των ηλεκτρονίων που διαρρέουν μια συρματιά σε έναν κύκλωμα ανά δευτερόλεπτο;

Ο αριθμός των ηλεκτρονίων που ρέουν ανά δευτερόλεπτο μέσα σε ένα καλώδιο ενός κύκλου μπορεί να υπολογιστεί από μια γνωστή τιμή ρεύματος. Το ρεύμα μετρείται σε αμπέρ (Ampere, A), ορισμένο ως 1 Κουλόμπ (C) φορτίου που ρέει μέσα σε έναν τομέα καλώδιου ανά δευτερόλεπτο. Γνωρίζουμε ότι το φορτίο 1 Κουλόμπ είναι ίσο περίπου με 6,242 x 10^18 ηλεκτρόνια.

Τύπος υπολογισμού

• Ρεύμα (I) : Το ρεύμα μετρείται σε αμπέρ (A) και αντιπροσωπεύει την ποσότητα φορτίου που διέρχεται μέσα σε έναν τομέα καλώδιου ανά μονάδα χρόνου.

• Αριθμός ηλεκτρονίων (N) : Ο αριθμός των ηλεκτρονίων που ρέουν ανά δευτερόλεπτο μέσα σε έναν τομέα καλώδιου.

Ο τύπος είναι όπως εξής:

• N= (I x t) /qe

• I είναι το ρεύμα (μονάδα: αμπέρ, A)

• t είναι ο χρόνος (σε δευτερόλεπτα, s), και σε αυτόν τον υπολογισμό t=1 δευτερόλεπτο

• qe είναι το φορτίο ενός ενός ηλεκτρονίου (μονάδα: Κουλόμπ, C), qe≈1.602×10−19 Κουλόμπ

Ο απλοποιημένος τύπος είναι:

N = I / 1.602 x 10-19

Εφαρμογή σε πρακτικούς κύκλους

• Μέτρηση ρεύματος: Πρώτα απ' όλα, χρειάζεται να χρησιμοποιήσετε έναν αμμετρικό για να μετρήσετε την τιμή του ρεύματος στον κύκλο.

• Καθορισμός του χρόνου: Σε αυτό το παράδειγμα, θέτουμε τον χρόνο t=1 δευτερόλεπτο, αλλά αν χρειαζόμαστε να υπολογίσουμε τον αριθμό των ηλεκτρονίων σε άλλες περίοδους χρόνου, χρειάζεται να προσαρμόσουμε ανάλογα την τιμή του χρόνου.

• Υπολογισμός του αριθμού των ηλεκτρονίων: Η μετρημένη τιμή του ρεύματος αντικαθίσταται στον παραπάνω τύπο για να υπολογιστεί ο αριθμός των ηλεκτρονίων που ρέουν ανά δευτερόλεπτο μέσα σε έναν τομέα του καλώδιου.

Πρακτικό παράδειγμα εφαρμογής

Υποθέτουμε ότι χρειάζεται να υπολογίσουμε τον αριθμό των ηλεκτρονίων σε έναν πραγματικό κύκλο με ρεύμα 2 αμπέρ (I = 2 A), τότε:

N=2/1.602×10⁻¹⁹≈1.248×10¹⁹

Αυτό σημαίνει ότι με ρεύμα 2 αμπέρ, περίπου 1.248 × 10^19 ηλεκτρόνια ρέουν μέσα στο καλώδιο κάθε δευτερόλεπτο.

Πράγματα που χρειάζεται να ληφθούν υπόψη

• Ακρίβεια: Μπορεί να υπάρχουν λάθη στην πραγματική μέτρηση, οπότε το υπολογισμένο αποτέλεσμα μπορεί να διαφέρει αλγεβόλως από τη θεωρητική τιμή.

• Θερμοκρασία και υλικό: Οι διαφορές στη θερμοκρασία και το υλικό του καλώδιου επηρεάζουν επίσης την αποδοτικότητα διάχυσης του ρεύματος, η οποία στη συνέχεια επηρεάζει τα αποτελέσματα του υπολογισμού.

• Πολλαπλά ρεύματα ηλεκτρονίων: Στον πραγματικό κύκλο μπορεί να υπάρχουν πολλαπλά ρεύματα ηλεκτρονίων ταυτόχρονα, οπότε ο συνολικός αριθμός των ηλεκτρονίων πρέπει επίσης να λαμβάνει υπόψη αυτά τα παράγοντα.

Μέσω του παραπάνω τύπου και των βημάτων, μπορείτε να υπολογίσετε τον αριθμό των ηλεκτρονίων που ρέουν ανά δευτερόλεπτο μέσα σε έναν τομέα του καλώδιου στον κύκλο. Αυτό είναι σημαντικό για την κατανόηση της ισχύος του ρεύματος και της ροής των ηλεκτρονίων στους κύκλους.