电压是电子的速度吗?


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电流是通过导线的电子数量。我们可以说电压就是那些电子的速度吗?


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电压更像是驱动电流的压力。速度不是电子的速度(以毫米/秒为单位移动),而是电场的速度(更像是光速)。
晶体管

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电压更像电子的压力。
user253751 '16

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电子想要被平衡(更准确地说是它们彼此排斥)。如果您将一堆它们堆放在一个地方,而附近却没有它们,它们真的会真的“想”搬到空旷的地方。它们在一个位置上的存在与在另一个位置上的不存在之间的差异越大,它们越会“想要”移动。“想要移动”是电压(如其他人所说的压力)。如果这种“想要移动”的强度足够大,则电荷可以通过通常无法执行的操作,例如闪电穿过空中。
Dave Cousineau

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电流不是通过导线的电子数量。取而代之的是单位时间内通过导线的电荷量。
nidhin

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您可能对真空管特别是X射线管感兴趣。阴极和阳极之间的电压将电子加速为电压*电子电荷的能量。还要注意,1 A = 1 C / s,而1 V = 1 J / C,即电流表示每次充电(如您所述),而电压只是为您提供充电所具有的能量
Tobias Kienzler

Answers:


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电压是电子的速度吗?

不,这不是电子在导体中移动的速度。

电压单位是每次充电的势能

voltage definition formula


一个例子...

想象我们有一个质量为M = 10 kg

该球存在于保守的引力场(地球的引力场)中。如果我们想将其提升到1米的高度,则我们必须(以某种方式)提供X的能量,以使球具有足够的速度在其表面上方移动1m。

我们将根据动能(速度)为球提供这种能量。因此,我们将球以一定的速度向上扔,随着球的向上移动,其速度降低;并且其势能增加,直到其停止并且所有动能都转换为势能。

下图显示了质量M = 10 kg的球在海平面以上不同高度的势能量

energy at different height levels

但是,如果我们要制作通用量表怎么办?
对于任意质量,任意高度的任何球,我们可以得到其中每1千克的能量(每质量的能量):

energy per mass at different height levels

现在我们可以说,在海拔3米的高度上,质量X的任何物体每1千克质量的能量将等于29.4焦耳。这是由于地球的引力场

电压,或电势,是势能(焦耳)的量,任何“带电体”的内电场将有,对于每1个库仑电荷在它的。


可能会补充说,如果仅存在可忽略的“摩擦”,例如在(真空)阴极射线管中,势能直接转化为动能。电子的动能的确以“电子伏特”(eV)来衡量,电子在经过1伏的电位差时获得或失去的能量。
彼得-恢复莫妮卡

那不是孤立的吧?由于在V = I / R的情况下,V的增加也会强制I的增加。因此,库仑的数量也增加了相同的数量。
Cojones

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电压是电场的属性。

电场的行为有点像重力场。重力场中的物体被拉在一起。将一块石头放到重力场中,它会向下加速,从磁场中吸收能量。

电场与重力场不同,具有极性。将电子滴在电场中,它将朝正电荷方向加速。电子没有电压,而是带电荷的:库仑1.6×1019

对电子施加多少力取决于电场的正负侧的电压以及它们之间的距离。

全部都在自由空间中。电线里面呢?那里的情况更像是一个装满球的管子,而不是自由空间。对球的一端施加力,它将球的另一端推出。向电线施加电压,电子将移动,从而将正极的电子驱除。施加的力的大小对应于施加到电线的电压。

该模型的关键是,力的传播要比传递它的球/电子快得多-不需要球/电子一直穿过,它只需要推动其邻居前进即可。


这是一个很好的类比,但必须注意,电子从负极流出,而不是从正极流出。
DerStrom8

抱歉,我在这里没有足够的标签:如果您有直流电源,电子将使连接在其正极的电线离开电线并进入电源。
pjc50 '16

电压与力无关(=能量/位移)。电压大约是能量电势。那就是场强乘以电荷就产生力。
Incnis Mrsi

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采取实时方案,

我们可以把它比喻为水。

让我们考虑一个高架水箱和一个从该高架水箱供应的水龙头。

现在,

每当打开时,自来水就会流过该水龙头。

通过的水量等于当前

在即将到来的压力下,即电压


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这种类比的问题是,较高的压力使水具有更高的速度,这很可能是为什么问问者感到困惑的原因-这是流行的水与电类比破裂的地方。只要您不太仔细地研究电,这是探索电的许多方面的一种很好的直观方法。
talrnu '16

是的@talrnu,如果我们考虑速度,我们会感到困惑。它不是精确的电力类比,只是我采取了水压和水量的两种现象来轻松掌握什么是电压和电流
Photon001 '16

1
同意,这个答案是有问题的,因为流动的水的速度随压力而增加,而即使“压力”(电压)增加,电子通过任何特定介质传播的速度也是恒定的。我认为OP真正要问的是为什么会这样。
aroth's

4

不,电压是赋予电子的“势能”。就像您将石头抬起一样。在不连接负载之前,电子不会流到任何地方。

如果您让它掉落在石头上(或在您的电压源上连接一个电阻器),则能量会使石头(电子)移动。


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电压是电子的速度吗?

没有

电压是传递多少能量以充电的量度。在最基本的情况下,当电子(基本电荷)通过一伏的电势差移动时,将被赋予1.602×10 -19焦耳的能量。这样,电子就具有1电子伏特的能量。

因此电压就是能量除以电荷。

您可以从功率开始,然后乘以时间以获得能量:

能源=功率×时间= V ×时间。

现在,用Q(电荷)代替当前×时间,您将得到:

能量= VQV =能量/ Q


2

这实际上是一个物理问题。我不认为在电气工程学科范围内可以使用一种实验方法来可靠地回答这个问题。

话虽如此,通常认为与电流相比,导体中电子流的速度实际上要慢得多。这通常被称为电子的“漂移速度”。但是,电压和电流对电子的影响几乎以光速通过导体传播。通常的比喻是充满大理石的管道。如果在管道的一端推动大理石,则即使中间的大理石都没有移动,另一端的大理石也几乎会立即受到推动。


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不确定“近乎光速”的表达是否正确-大约是普通PCB的一半,是普通同轴电缆的2/3。
管道

@pipe我认为不同之处在于单个电子可以以例如光速的一半传播,但是考虑到管中的球类比,推入第一个球和最后一个球掉下之间的响应时间几乎是瞬时的(接近光速)。
DerStrom8

2
@ DerStrom8不,响应时间是此处的信号速度,它会由于PCB和电缆中的电介质而减慢。它仅以裸线接近光速。一个电子的行进速度比光速的一半慢得多。
配管

嗯,我不相信,但我不会争辩。物理课很久以前了= P
DerStrom8 '16

1
@IncnisMrsi确实,计算得出我在300K时更像1.08E5 m / s。
Spehro Pefhany,2016年

2

电压是将电子推向电路周围的压力。它没有说明他们的速度。如果您使用1.5V电池并且不连接任何东西,那么即使没有电子在任何地方流动,仍然存在1.5V。

此外,电压是两点之间的压力差。您只能测量一个点和另一个点之间的电压。这就是为什么它也称为“潜在差异”的原因。

如果知道电流,导线的物理特性(尤其是导线的横截面积)以及导线的制造材料的特性(原子之间的间距以及多少原子),则可以计算平均电子速度。每个原子都有自由电子)。


我不会谈论压力。恕我直言,这是一个完全不同的概念。
安东尼奥

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@Antonio压力和电压是非常相似的概念,即使不完全相同。
endolith'7

@endolith,现在我的物理学教授可能正在转入坟墓。:-)
Antonio

1
@Antonio附加一个发电机并产生一些电压:D
endolith '16

1
@endolith我总是使用水的流量和压力作为电流和电压的类比。KCL和KVL完美配合。
Winny

2

不,电压不是电子通过导线的速度,而是电流(几乎)是电子。

您说,“电流是通过电线的电子数量”,但这不是很正确。电流是每单位时间通过导体的电荷(电子)量。的安培,我们的用于电流计量单位,定义为1个库仑每秒电荷。电流是比率值。

对于水管类比,电荷(库仑)类似于水的体积(加仑),电流(安培)类似于水的流速(加仑/分钟),电压类似于导致水压的水压。流。


2
电流不是电子通过电线的速度,而是电子流过的速度。如果通道较宽,它们将流动得较慢以产生相同的电流。
endolith'7

@endolith速度,速度,足够接近。:)我稍微改变了措辞。更好?关键是当前是我相信OP正在询问的随着时间的变化。
本·米勒-恢复莫妮卡

是的,更好。:)
endolith '16

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@JohnPeters我认为说电流是“电量”有点太简单了。电流是单位时间内通过一个点的电荷量。从这个意义上讲,它是收费率(或速度,如果您愿意的话)。
本·米勒

1
@JohnPeters的电速是多少?是导体中电子的速度还是电压的变化速度?
克劳利

1

电压不是电子的特性。电子本身就是“主体”。电压(或电位差)是传输一定电荷的“能力”。在电子学中,这种电荷通常由电子携带。更高的电压能够携带更多的电子,从而感应出更大的电流。
另一种看待它的方式是电压是电子通过从一个电势移动到另一个电势而获得或失去的电势量。这样,电压与动力学中的势能非常相似-如果我举起一个球,球的特性不会改变,但会获得势能。


一个好的开始,但是很快就陷入了困境。听说过超导体吗?电压与“运输能力”无关。电压是单位电荷传输的能量输出。
Incnis Mrsi

1

如果电子是大理石,则电压就像大理石顶部的坡度高度。

这可能是一个非常高的斜坡-几英里高。可能只是小幅上升-仅几厘米。那是由电压决定的。


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我觉得这个类比也可以扩展为其他相关概念的替代方案。如果电压是高度,那么山坡对应的角度是多少?抵抗力可能以草或泥土为代表。然后,您有了大理石的数量,从山顶到基座的水平距离(与相应的电气概念一样,高度和角度也有关系)...
Dan Henderson

我同意,但是我在糟糕的Internet atm上。:-)
Euan M

0

电子的速度取决于导线的密度。它还取决于导体中自由原子的数量。

可以把它想成是将沙子推过石头。石头越密,越难将沙子推过。

里面的沙子(自由电子)越多,推动另一端掉落相同数量的沙子所需的距离就越短。

有关详细信息,您可以阅读有关漂移速度的信息。在该示例中,电子的实际速度仅为23µm / s。

实际上,电压会影响电子的速度:在给定的公式中,用U / R代替I,您会发现速度会随着电压的增加而增加。


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这里有很多很好的信息,希望可以澄清您的问题。

可以将电压视为网络中两点之间的能量差(电势差),考虑电阻两端的压降。由于电阻本身的功耗,两端的功率不同。

如果您在哪里考虑电路的电源电压(EMF,电动势),则可以认为是迫使电流通过电路的压力。

关于电子流的注释

惯例是电流从+移到-,但是电子流是从-移到+。公式等当然符合该惯例,因为通常我们不关心电子流,除非我们进入半导体材料,但是记住它们实际上是从-流向+(电子是负电荷载流子),这一点很重要。

我希望这以及其他许多评论能有所帮助。托尼


电子既不一定也通常不是“从+移至-”。它获得的能量从-移到+。
Incnis Mrsi

@托尼 “ 惯例是电子从+移到-,...。 ”不,惯例是电流从+移到-。在传统电路理论中,我们不在乎实际的电荷载流子是什么或它们的运动方向。
晶体管

0

否。最简单的答案可能是电压是电子的密度。也就是说,需要“压力”来抵抗它们的排斥力将它们推到一起。当然,这受其他因素(例如它们所移动的介质)的影响而变得复杂。

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