Al conectar una bombilla a una pila, se enciende de inmediato. A partir de la ecuación de movimiento de un electrón, se obtiene el movimiento medio de un gran número de electrones.
Cambiar las condiciones:
Cambiar los valores con el control deslizante
断面積1 mm²の銅線に1 A。電子の平均位置が1 m進む時間は？
実効値1 A・50 Hzの正弦波交流。3.8時間に平均位置が動く範囲は？
Explicar el fenómeno a partir de las ecuaciones
1La ecuación de movimiento del electrón se obtiene a partir de la fuerza que ejerce el campo eléctricom dvdt=−e E……
2La velocidad media se obtiene teniendo en cuenta los cambios de dirección causados por las colisionesvmedia=−e E τm……
3La corriente eléctrica se obtiene a partir del número neto de electrones que atraviesan una sección transversalI=e n S v……
4Se despeja v y se obtiene el tiempo que tarda la posición media en avanzar 1 mv=Ie n S，t=Lv……
5La variación de la posición media en corriente alterna se obtiene integrando la velocidad mediax(t)=xm (1 − cos ωt)……
A continuación se relaciona el movimiento de los electrones con la resistencia eléctrica y las leyes de los circuitos
6Se obtiene la relación entre la tensión y la corriente eléctricaV=(mn e² τ)(LS)I……
7Se define la resistividad y se calcula a partir de ella el tiempo medio entre colisionesR=ρ LS，ρ=mn e² τ……
8La variación de la resistividad con la temperatura se describe mediante una expresión empíricaρ≒ρ₀ (1 + α t)……
9La potencia térmica generada por efecto Joule se obtiene a partir de la potencia desarrollada por el campo eléctricoP=V I=R I²……
10Se establecen 2 leyes de los circuitos a partir de la conservación de la carga eléctrica y de las propiedades del potencial eléctricoΣ I=0，Σ V=0……
11La tensión entre los terminales se obtiene teniendo en cuenta la resistencia interna de la pilaV=E−r I……
Lo aprendido en este capítulo
La rapidez con la que avanza la posición media de los electrones es v = I/(enS). Cuando circula una corriente de 1 A por un hilo de cobre de sección transversal de 1 mm², esta rapidez es de aproximadamente 0.074 mm/s y la posición media tarda unas 3.8 horas en avanzar 1 m. La elevada densidad numérica de electrones libres permite obtener una corriente grande incluso con un desplazamiento lento de la posición media.
Con esta corriente alterna, la posición media oscila en un intervalo de 0.66 µm y vuelve al punto inicial al completar cada período.
En la vida cotidianaLos enchufes domésticos suministran corriente alterna. Los electrones mantienen su movimiento térmico mientras que, en promedio, realizan pequeñas oscilaciones. Para utilizar la electricidad, no es necesario que los electrones lleguen desde la central eléctrica.
Resumen detallado
En un cable, los electrones se aceleran por la acción del campo eléctrico y chocan con los átomos una y otra vez, de modo que su rapidez media es proporcional al campo eléctrico. Al calcular la corriente eléctrica a partir de este movimiento, se obtiene la ley de Ohm V = RI. La energía que los electrones transfieren en los choques produce el calentamiento por efecto Joule. Los propios electrones se desplazan muy lentamente; el campo eléctrico se propaga con rapidez. En la corriente alterna, los electrones avanzan y retroceden, oscilando casi sin desplazarse de su posición.