Rychlost elektronů - Sponerova

rychlost elektronů
Elektrony v kovovém drátu, který není připojen ke zdroji
elektrického napětí, konají chaotický pohyb (obr. 1). Jejich
rychlost (tepelná rychlost) je přitom poměrně velká řádově 105-106 m/s.
1 000 000 m/s
Směr se mění při srážkách s atomy mříže a ostatními
elektrony. Elektronový oblak jako celek se nepohybuje,
pohybují se ale jednotlivé elektrony. Podobně vypadá hejno
komárů za bezvětří - hejno stojí, ale jednotliví komáři se
pohybují.
Je-li vodič připojen ke zdroji napětí,
Rychlost elektronů (unášivá
rychlost) proti směru vektoru intenzity
elektrického pole je dosti malá řádově 10-4 m/s.
míň něž mm
Analogií je hejno komárů při mírném
větru - jednotlivý komáři se pohybují
chaoticky, hejno jako celek se pomalu
pohybuje ve směru větru.
Historická měření rychlosti šíření el. proudu
11. leden 2011 | 06.00 | rubrika:
Elektřina
E
lektrický proud je usměrněný pohyb volných částic s elektrickým nábojem.
Rychlost těchto částic ve vodivých materiálech není nijak velká. Pro elektrony v
měděném vodiči vychází hodnota jejich rychlosti desetiny až celé milimetry za
sekundu. Přesto se po uzavření elektrického obvodu se zdrojem, téměř okamžitě
rozsvítí žárovka v něm zapojená. Inu volné elektrony jsou obsaženy po celé délce
kovového vodiče a v okamžiku, kdy na ně působí elektrické pole se začnou všechny
současně pohybovat stejným směrem. A tak elektrony vycházející například ze zdroje
stejnosměrného proudu nemusí nijak spěchat, aby se podílely na rozsvícení žárovky.
Zařídí to ty elektrony, které jsou ve vlákně žárovky či těsně před ním. Tato
představa však nebyla dříve jasná a tak změřit rychlost šíření elektřiny byl docela
zajímavý problém.
V roce 1746 provedl v Tuilerijských zahradách v Paříži pokus LouisGuillame Le Monnier. Ten své dva spolupracovníky postavil na opačné břehy
malého jezírka a spojil je řetězem vedeným po půlce obvodu jezírka. Jeden
spolupracovník držel svou rukou řetěz a druhou ruku měl ponořenu v jezírku.
Druhý spolupracovník měl rovněž v jedné ruce druhý konec řetězu a v druhé
ruce měl nabitou leidenskou láhev, jejíž kontakt posouval k drátu ponořeného
do jezírka. Po dotyku kontaktu láhve s drátem v jezírku prošel elektrický
proud vodou, řetězem a oběma spolupracovníky. Z tohoto experimentu
vyplynulo, že voda je jednou z nejlepších vodičů elektrického proudu a
elektřina se v obvodu podle něj šířila rychlostí 30x větší než zvuk.
V Londýně provedl v roce 1747 pokus William Watson spolu s několika členy
Královské společnosti. Vybíjel leidenskou láhev přes drát vedený po Westminsterském
mostě spojující 3 muže. Dva stáli na protilehlých březích Temže ve vzdálenosti asi 360
metrů a drželi tyče ponořené do vody a dostali po uzavření tak velký elektrický šok, že
by jím bylo možné zapálit vinný líh. Po dalších experimentech na vzdálenosti až 2400
metrů dospěl Watson k závěru, že země může být stejně dobrým vodičem jako voda
v řece.
Podobné pokusy prováděl Watson v roce 1748 na vzdálenosti 2 mil (přes 3200 m), ale
rychlost přenosu elektrického proudu nezjistil, pouze konstatoval, že k přenosu došlo
téměř okamžitě. Pak následovalo opakování těchto pokusů na řadě míst v Evropě či
v USA, kde je realizoval i v mořské vodě Benjamin Franklin. Ten na základě svých
pozorování vyjádřil
analogii: "Pokud je potrubí naplněné vodou a je do něj na jednom jeho konci
vstříknut jistý objem vody navíc, vyteče stejné množství vody na druhém konci
potrubí. Ale voda na druhém konci není ta samá voda jako na jeho začátku, je to
pouze jenom pohyb ve stejném čase." A tento názor v podstatě odpovídá i dnešním
názorům