Miten voimme laskea sähköhiukkasten määrän sekunnissa kulkevassa johtossa piirissä

Sähkövirtaa kulkevien elektronien määrä sekunnissa voidaan laskea tunnetusta virtamäärästä. Virta mitataan ampeereina (Ampere, A), joka on määritelty siten, että 1 coulombi (C) sähkövarauksia kulkee johtajan poikkileikkauksen kautta sekunnissa. Tiedämme, että 1 coulomin sähkövaraus on noin 6,242 x 10^18 elektronia.

Laskentakaava

• Virta (I) : Virta mitataan ampeereina (A) ja edustaa sähkövarauksen määrää, joka kulkee johtajan poikkileikkauksen kautta yksikköajan sisällä.

• Elektronien määrä (N) : Elektronien määrä sekunnissa, jotka kulkevat johtajan osan kautta.

Kaava on seuraava:

• N= (I x t) /qe

• I on virta (yksikkö: ampere, A)

• t on aika (sekunteina, s), ja tässä laskennassa t=1 sekunti

• qe on yhden elektronin varaus (yksikkö: coulomb, C), qe≈1,602×10−19 coulomb

Yksinkertaistettu kaava on:

N = I / 1,602 x 10-19

Sovellus käytännön piireissä

• Virtan mittaaminen: Ensinnäkin, sinun täytyy käyttää amperimetrillä mittamaan piirin virtamäärää.

• Ajan määrittäminen: Tässä esimerkissä asetamme ajan t=1 sekunti, mutta jos tarvitsemme laskea elektronien määrän muissa aikajaksoissa, meidän täytyy säätää ajan arvoa vastaavasti.

• Elektronien määrän laskeminen: Mittatun virtamäärän sijoitetaan yllä olevaan kaavaan laskemaan elektronien määrää sekunnissa, jotka kulkevat johtajan osan kautta.

Käytännön sovelluseesimerkki

Oletetaan, että meidän täytyy laskea elektronien määrä todellisessa piirissä, jossa on 2 amperin virta (I = 2 A), silloin:

N=2/1,602×10⁻¹⁹≈1,248×10¹⁹

Tämä tarkoittaa, että 2 amperin virrassa noin 1,248 × 10^19 elektronia kulkee johtajan kautta sekunnissa.

Huomioon otettavat asiat

• Tarkkuus: Todellisessa mittauksessa voi olla virheitä, joten laskettu tulos voi poiketa hieman teoreettisesta arvosta.

• Lämpötila ja materiaali: Lämpötilan ja johtajan materiaalin erot vaikuttavat myös virtan johtavuuteen, mikä puolestaan vaikuttaa laskennan tuloksiin.

• Useat elektronivirrat: Todellisessa piirissä voi olla useita elektronivirtoja samanaikaisesti, joten kokonaismäärässä on otettava nämä tekijät huomioon.

Edellä mainituilla kaavoilla ja askelilla voit laskea elektronien määrän sekunnissa, jotka kulkevat tietyssä osassa johtajaa piirissä. Tämä on tärkeää ymmärtää virtan vahvuuden ja elektronien kulun piireissä.