La tension est-elle la vitesse des électrons?

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Le courant est la quantité d'électrons traversant un fil. Pouvons-nous dire que la tension est la vitesse de ces électrons?

voltage terminology electron

— Sadiq
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La tension ressemble plus à la pression qui entraîne le courant. La vitesse n'est pas la vitesse des électrons (qui se déplacent en mm / s) mais la vitesse du champ électrique (plus comme la vitesse de la lumière).

— Transistor

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La tension ressemble plus à la pression des électrons.

— user253751

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les électrons veulent être égalisés (c'est plus exactement dire qu'ils se repoussent). si vous en empilez un tas en un seul endroit, et que vous n'en avez pas à proximité, ils "voudront" vraiment vraiment se déplacer vers l'endroit vide. plus la différence entre leur présence à un endroit et leur absence à l'autre est grande, plus ils «voudront» bouger. le "vouloir bouger" est la tension (comme d'autres l'ont dit, la pression). si ce «désir de bouger» devient suffisamment fort, la charge peut voyager à travers quelque chose qu'elle ne pourrait normalement pas, comme un éclair dans l'air.

— Dave Cousineau

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Le courant n'est pas la quantité d'électrons traversant un fil. Il s'agit plutôt de la quantité de charge traversant le fil par unité de temps.

— nidhin

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Vous pourriez être intéressé par des tubes à vide , notamment le tube à rayons x . La tension entre la cathode et l'anode accélère les électrons à une énergie de tension * charge d'électrons. Notez également que 1 A = 1 C / s tandis que 1 V = 1 J / C, c'est-à-dire que le courant désigne la charge par temps (comme vous l'avez mentionné), la tension vous donne simplement l' énergie que la charge possède.

— Tobias Kienzler

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La tension est-elle la vitesse des électrons?

Non, ce n'est pas la vitesse des électrons se déplaçant à l'intérieur du conducteur.

L'unité de tension est l'énergie potentielle par charge :

Un exemple...

Imaginez que nous ayons une boule de masse M = 10 kg .

Cette boule existe dans un champ gravitationnel conservateur (le champ gravitationnel de la Terre). Si nous voulons l'élever d'une hauteur de 1 mètre, nous devons - d'une manière ou d'une autre - fournir une quantité d'énergie X , ce qui donne à la balle une vitesse suffisante pour se déplacer de 1 mètre au-dessus de sa surface.

Nous donnerons au ballon cette quantité d'énergie en termes d' énergie cinétique (vitesse). Nous lançons donc la balle vers le haut avec une certaine vitesse, et lorsque la balle se déplace vers le haut, sa vitesse diminue; et son énergie potentielle augmente jusqu'à ce qu'elle s'arrête et que toute l'énergie cinétique soit convertie en énergie potentielle.

L'image suivante montre la quantité d' énergie potentielle pour une boule de masse M = 10 kg à différentes hauteurs au-dessus du niveau de la mer:

Mais que faire si nous voulons faire une échelle générique?
Pour toute balle d'une masse arbitraire, à n'importe quelle hauteur, nous pouvons obtenir la quantité d'énergie pour chaque 1 kg (énergie par masse):

Maintenant, nous pouvons dire qu'à une hauteur de 3 mètres au-dessus du niveau de la mer, tout objet de masse X aura une quantité d'énergie égale à 29,4 joules pour 1 kg de masse. Cela est dû au champ gravitationnel de la Terre .

La tension , ou potentiel électrique , est la quantité d'énergie potentielle (joules) que tout "corps chargé" dans un champ électrique aura, pour chaque 1 coulomb de charge électrique qu'il contient.

— Elbehery
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On pourrait ajouter que l'énergie potentielle ne se traduit directement en énergie cinétique s'il n'y a que négligeable « friction », par exemple dans un (vide) tube à rayons cathodiques. L'énergie cinétique d'un électron est en effet mesurée en "électron-volts", eV, l'énergie qu'un électron gagne ou perd en se déplaçant à travers une différence de potentiel de 1 Volt.

— Peter - Réintègre Monica le

Ce n'est pas si isolé non? Comme avec V = I / R, une augmentation de V force également une augmentation de I. Ainsi, le nombre de coulombs augmente également du même montant.

— Cojones

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La tension est une propriété d'un champ électrique.

Un champ électrique se comporte un peu comme un champ gravitationnel. Les objets dans un champ gravitationnel sont rapprochés. Lâchez une pierre dans un champ gravitationnel et elle accélérera vers le bas, prenant l'énergie du champ.

Les champs électriques, contrairement aux champs gravitationnels, ont une polarité. Lâchez un électron dans un champ électrique et il accélérera dans le sens de la charge positive. L'électron n'a pas de tension, il a une charge: coulombs . $1.6×10^{−19}$

La force appliquée à l'électron dépend de la tension des côtés positifs et négatifs du champ et de leur distance.

C'est tout dans l'espace libre. Et à l'intérieur d'un fil? La situation y ressemble beaucoup plus à un tube rempli de billes qu'à un espace libre. Appliquez une force à la balle à une extrémité et elle poussera la balle à l'autre extrémité. Appliquez une tension à un fil et les électrons se déplaceront, forçant celui à l'extrémité positive. La force appliquée correspond à la tension appliquée au fil.

L'élément clé de ce modèle est que la force se déplace beaucoup plus rapidement que les boules / électrons qui la transmettent - elle ne nécessite pas de boule / d'électron pour passer tout au long, elle lui suffit de pousser ses voisins.

— pjc50
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C'est une bonne analogie, mais il est important de noter que les électrons sortent du côté négatif, pas du côté positif.

— DerStrom8

Désolé, étiquetage inadéquat par moi là-bas: si vous avez une source d'alimentation CC, les électrons laisseront le fil connecté sur son côté positif et entreront dans la source d'alimentation.

— pjc50

La tension ne concerne pas la force (= énergie / déplacement). La tension correspond à la différence de potentiel énergétique . C'est l'intensité du champ qui, multipliée par la charge, produit de la force.

— Incnis Mrsi

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Prenez un scénario en temps réel,

Nous pouvons prendre l'eau comme analogie.

Considérons un réservoir suspendu et un robinet d'eau qui est alimenté par ce réservoir supérieur.

À présent,

Chaque fois que vous ouvrez un robinet, de l'eau passera par ce robinet.

La quantité d'eau qui traverse est équivalente à la quantité actuelle

À quelle pression vient, c'est la tension

— Photon001
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Le problème avec cette analogie est qu'une pression plus élevée donne à l'eau une plus grande vitesse, ce qui explique probablement la confusion du demandeur - c'est un endroit où l'analogie populaire de l'eau à l'électricité tombe en panne. C'est une bonne façon intuitive d'explorer de nombreux aspects de l'électricité, tant que vous ne la regardez pas trop attentivement.

— talrnu

Oui @talrnu, si nous considérons la vitesse, nous serons confus. Ce n'est pas exactement l'analogie de l'électricité, je viens de prendre deux phénomènes de la pression et de la quantité d'eau pour saisir facilement la tension et le courant

— Photon001

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D'accord, cette réponse est problématique car la vitesse de l'eau qui coule augmente avec la pression, tandis que la vitesse à laquelle un électron se propage à travers un milieu particulier est constante même si la "pression" (tension) augmente. Je pense que ce que le PO demande vraiment, c'est pourquoi c'est le cas.

— 2016 à 7h33

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Non, la tension est "l'énergie potentielle" donnée aux électrons. Comme si vous preniez une pierre et que vous vous soulevez. Tant que vous ne connectez pas une charge, l'électron ne va nulle part.

Si vous le laissez tomber sur la pierre (ou connectez une résistance à votre source de tension), l'énergie déplace la pierre (électrons).

— Antonio
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La tension est-elle la vitesse des électrons?

Non

La tension est une mesure de la quantité d'énergie fournie pour la charge. À sa base, un électron (charge de base) reçoit 1,602 × 10 ^-19 joules lorsqu'il est déplacé à travers une différence de potentiel électrique d'un volt. Un électron aurait alors une énergie de 1 électron-volt.

La tension est donc l'énergie divisée par la charge.

Vous pouvez commencer par la puissance et la multiplier par le temps pour obtenir de l'énergie:

Énergie = puissance × temps = V ⋅ I × temps.

Remplacez maintenant Q (charge) par le temps × actuel et vous obtenez:

Energie = V ⋅ Q ou V = Energie / Q .

— Andy aka
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Il s'agit en fait d'une question de physique. Je ne crois pas qu'il existe une méthode expérimentale disponible dans les limites de la discipline de génie électrique pour répondre à cette question de manière crédible.

Cela dit, il est communément admis que la vitesse des électrons dans un conducteur subissant un flux de courant est en fait assez lente par rapport à la vitesse de la lumière. Ceci est souvent appelé la "vitesse de dérive" des électrons. Cependant, les effets de la tension et du courant sur les électrons se propagent à travers le conducteur à presque la vitesse de la lumière. L'analogie habituelle est une pipe remplie de billes. Si vous poussez le marbre à une extrémité du tuyau, le marbre à l'autre extrémité subira la poussée presque instantanément, même si aucun des billes intermédiaires n'a bougé.

— FiddyOhm
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Je ne sais pas si "presque la vitesse de la lumière" est la bonne expression - c'est environ la moitié de celle d'un PCB ordinaire et 2/3 en coaxial commun.

— pipe

@pipe Je pense que la différence est qu'un seul électron peut voyager à, disons, la moitié de la vitesse de la lumière, mais en considérant la balle dans une analogie de tube, le temps de réponse entre pousser la première balle et la dernière balle tombant est presque instantané (s'approchant de la vitesse de la lumière).

— DerStrom8

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@ DerStrom8 Non, le temps de réponse est ici la vitesse du signal, qui est ralentie par le diélectrique du PCB et des câbles. Il ne s'approche que de la vitesse de la lumière dans un fil nu. Un seul électron voyage beaucoup plus lentement que la moitié de la vitesse de la lumière.

— pipe

Hmm, je ne suis pas convaincu mais je ne le contesterai pas. Le cours de physique était il y a longtemps = P

— DerStrom8

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@IncnisMrsi En effet, en le calculant, j'obtiens plutôt 1,08E5 m / s à 300K.

— Spehro Pefhany

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La tension est la pression qui pousse les électrons autour d'un circuit. Cela ne dit rien sur leur vitesse. Si vous prenez une batterie de 1,5 V et que vous ne la connectez à rien, il y a toujours 1,5 V présent, même si aucun électron ne circule nulle part.

De plus, la tension est la différence de pression entre deux points. Vous ne pouvez mesurer la tension qu'entre un point et un autre. C'est pourquoi on l'appelle aussi "différence de potentiel".

Il est possible de calculer la vitesse moyenne des électrons si vous connaissez le courant, les propriétés physiques du fil (en particulier sa surface en coupe) et les propriétés du matériau à partir duquel le fil est fabriqué (l'espacement entre les atomes et combien il y a des électrons libres par atome).

— Simon B
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Je ne parlerai pas de pression. C'est un concept vraiment différent, à mon humble avis.

— Antonio

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@Antonio La pression et la tension sont des concepts très similaires, sinon identiques.

— endolith

@endolith, maintenant mon professeur de physique tourne peut-être dans sa tombe. :-)

— Antonio

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@Antonio Attachez une dynamo et générez de la tension: D

— endolith

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@endolith J'utilise toujours le débit et la pression de l'eau comme analogie pour le courant et la tension. KCL et KVL fonctionnent parfaitement bien.

— winny

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Non, la tension n'est pas la vitesse des électrons à travers un fil, mais le courant (presque) l'est.

Vous avez dit: "Le courant est la quantité d'électrons qui traversent un fil", mais ce n'est pas tout à fait correct. Le courant est la quantité de charge électrique (électrons) traversant un conducteur par unité de temps. L' ampère , notre unité de mesure du courant, est défini comme 1 coulomb de charge électrique par seconde. Le courant est une valeur de taux.

Pour l' analogie de la conduite d'eau , la charge (coulombs) est analogue au volume d'eau (gallons), le courant (ampères) est analogue au débit d'eau (gallons par minute) et la tension est analogue à la pression de l'eau qui provoque la couler.

— Ben Miller - Rétablir Monica
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Le courant n'est pas la vitesse des électrons à travers un fil, c'est la vitesse à laquelle ils passent. Si le canal est plus large, ils couleront plus lentement pour produire le même courant.

— endolith

@endolith Vitesse, taux, assez proche. :) J'ai légèrement changé le libellé. Mieux? Le fait est que le courant est ce changement au fil du temps que je pense que le PO demande.

— Ben Miller - Rétablir Monica

Oui mieux. :)

— endolith

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@JohnPeters Je pense qu'il est un peu trop simpliste de dire que le courant est "la quantité" d'électricité. Le courant est la quantité de charge électrique qui passe un point dans une unité de temps. En ce sens, c'est le taux (ou la vitesse, si vous voulez) de charge.

— Ben Miller - Rétablir Monica

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@JohnPeters Quelle est la vitesse de l'électricité? est-ce la vitesse des électrons dans le conducteur ou la vitesse de changement de tension?

— Crowley

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La tension n'est pas une propriété des électrons. L'électron est le «sujet» tel qu'il est. Une tension (ou différence de potentiel) est la «capacité» de transporter une certaine charge. En électronique, cette charge est généralement portée par les électrons. Une tension plus élevée est capable de transporter plus d'électrons, induisant ainsi un courant plus élevé.
Une autre façon de voir les choses est que la tension est la quantité d'énergie potentielle qu'un électron gagne ou perd en se déplaçant d'un potentiel à un autre potentiel. De cette façon, la tension est très similaire à l'énergie potentielle en cinétique - si je soulève une balle, les propriétés de la balle ne changent pas mais elle gagne de l'énergie potentielle.

— RJR
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Un bon début, mais qui s'est très vite glissé dans la merde. Avez-vous déjà entendu parler des supraconducteurs? La tension n'a rien à voir avec la «capacité de transport». La tension est plutôt la production d'énergie pour une unité de charge transportée.

— Incnis Mrsi

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Si un électron était un marbre, la tension est comme la hauteur de la pente que le marbre est au sommet.

Ce pourrait être une pente très haute - des kilomètres de haut. Ce pourrait être une petite augmentation - seulement quelques centimètres. C'est ce qui est déterminé par la tension.

— Euan M
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J'ai l'impression que cette analogie pourrait également être développée pour devenir une excellente alternative pour d'autres concepts connexes. Si la tension est la hauteur, à quoi correspond l'angle de la colline? Peut-être que la résistance pourrait être représentée par de l'herbe ou de la boue. Ensuite, vous avez le nombre de billes, la distance horizontale du sommet de la colline à la base (qui va se rapporter à la hauteur et à l'angle comme le font les concepts électriques correspondants) ...

— Dan Henderson

Je suis d'accord, mais je suis sur une mauvaise connexion Internet. :-)

— Euan M

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La vitesse des électrons dépend de la densité du fil. Cela dépend également du nombre d'atomes libres dans le conducteur.

Pensez-y comme en poussant du sable à travers des pierres. Plus les pierres sont denses, plus il devient difficile de pousser le sable à travers elles.

Plus il y a de sable (électrons libres) à l'intérieur, moins vous aurez besoin de distance pour pousser la même quantité de sable tombant à l'autre extrémité.

Pour plus de détails, vous pouvez lire sur la vitesse de dérive . La vitesse réelle d'un électron dans l'exemple n'est que de 23 µm / s.

En fait, la tension influencera la vitesse des électrons : dans la formule donnée, remplacez I par U / R et vous verrez que la vitesse augmentera avec la tension.

— Thomas Weller
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Beaucoup de bonnes informations ici pour clarifier, espérons-le, votre question.

La tension peut être considérée comme la différence d'énergie entre deux points d'un réseau (différence de potentiel), pensez à la tension qui a chuté à travers une résistance. Différent à chaque extrémité en raison de la puissance dissipée à travers la résistance elle-même.

Si vous devez considérer la tension d'alimentation d'un circuit (EMF, force électromotrice), elle peut être considérée comme la pression forçant le courant à travers le circuit.

une note sur le flux d'électrons

La convention est supposée que le courant passe de + à -, mais ce flux d'électrons est de - à +. Les formules, etc. fonctionneront bien sûr avec cette convention, car généralement nous ne nous soucions pas du flux d'électrons, à moins que nous ne soyons dans le domaine des semi-conducteurs, mais il est important de se rappeler qu'ils circulent en fait de - à + (l'électron étant un porteur de charge négatif).

J'espère que cela ainsi que les nombreux autres commentaires seront utiles. Tony

— Tony GR
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Electron ne «passe pas nécessairement ni habituellement» de + à - ». Il gagne de l'énergie en passant de - à +.

— Incnis Mrsi

@Tony. " La convention est supposée que les électrons se déplacent de + vers -, ... " Non, la convention est que le courant circule de + vers -. Dans la théorie des circuits conventionnels, nous ne nous soucions pas des porteurs de charge réels ni de la direction de leur mouvement.

— Transistor

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Non. La réponse la plus simple possible est que la tension est la densité d'électrons. Autrement dit, la «pression» requise pour les pousser ensemble contre leur force répulsive. Bien sûr, cela est compliqué par d'autres facteurs tels que le support dans lequel ils se déplacent.

— Dirk Bruere
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