چگونه می‌توانیم تعداد الکترون‌ها را در هر ثانیه که از طریق یک سیم در مدار می‌گذرند محاسبه کنیم

تعداد الالكترونات التي تمر عبر سلك في دارة كهربائية يمكن حسابها من قيمة التيار المعروفة. يقاس التيار بالأمبير (Ampere, A)، وهو معرف بأنه كولوم واحد (C) من الشحنة يمر عبر مقطع عرضي للسلك في الثانية. نعلم أن شحنة الكولوم الواحد تساوي حوالي 6.242 × 10^18 إلكترون.

صيغة الحساب

• التيار (I) : يقاس بالأمبير (A) ويمثل كمية الشحنة التي تمر عبر مقطع عرضي للسلك وحدة الزمن.

• عدد الالكترونات (N) : عدد الالكترونات التي تمر عبر مقطع السلك في الثانية.

الصيغة هي كالتالي:

• N = (I × t) / qe

• I هو التيار (وحدة: أمبير، A)

• t هو الزمن (بالثواني، s)، وفي هذا الحساب t=1 ثانية

• qe هي شحنة الإلكترون الواحد (وحدة: كولوم، C)، qe ≈ 1.602 × 10^-19 كولوم

الصيغة المبسطة هي:

N = I / 1.602 × 10^-19

تطبيق على الدارات العملية

• قياس التيار: أولاً، تحتاج إلى استخدام أميتر لقياس قيمة التيار في الدارة.

• تحديد الزمن: في هذا المثال، نحدد الزمن t=1 ثانية، ولكن إذا احتجنا إلى حساب عدد الالكترونات في فترات زمنية أخرى، يجب تعديل قيمة الزمن وفقاً لذلك.

• حساب عدد الالكترونات: يتم استبدال قيمة التيار المقاسة في الصيغة أعلاه لحساب عدد الالكترونات التي تمر عبر مقطع السلك في الثانية.

مثال تطبيقي

لنفترض أننا بحاجة لحساب عدد الالكترونات في دارة فعلية ذات تيار قدره 2 أمبير (I = 2 A)، فإن:

N = 2 / 1.602 × 10^-19 ≈ 1.248 × 10^19

هذا يعني أنه عند تيار قدره 2 أمبير، تمر حوالي 1.248 × 10^19 إلكترون عبر السلك كل ثانية.

الأمور التي يجب مراعاتها

• الدقة: قد تكون هناك أخطاء في القياس الفعلي، لذا قد يكون الناتج المحسوب مختلفاً قليلاً عن القيمة النظرية.

• درجة الحرارة والمواد: الاختلافات في درجة الحرارة ومواد السلك تؤثر أيضاً على كفاءة التوصيل للتيار، مما يؤثر بالتالي على نتائج الحساب.

• تدفقات متعددة للالكترونات: قد تكون هناك تدفقات متعددة للالكترونات في الدارة الفعلية في نفس الوقت، لذا يجب الأخذ بهذه العوامل في الاعتبار عند حساب العدد الإجمالي للالكترونات.

من خلال الصيغة أعلاه والخطوات، يمكنك حساب عدد الالكترونات التي تمر عبر مقطع معين من السلك في الدارة. وهذا مهم لفهم قوة التيار وتدفق الالكترونات في الدارات.