Hoe snel is een elektron?

Elektronen bewegen verbluffend langzaam.

Berekening stroomsnelheid elektronen in stroomgeleider

Hoe bereken je de snelheid van stroom?

Gegeven:

• een draad van 1 meter lengte en een diameter van 2 mm
• stroomsterkte 1 ampere

Voor de liefhebbers de berekening:

• Een stroomsterkte van 1 Ampère is hetzelfde als 1 Coulomb per seconde.
• Een elektron heeft een lading van 1,6.10^-19 Coulomb.
• 1 Coulomb = 1/1,6.10^-19 = 6,25.10^-18 elektronen
• Dus 1 Ampère = 6,25.10^-18 elektronen/seconde

Het aantal atomen in koper is op te zoeken of te berekenen:

• N = N_A * m/M
  
  • N is het aantal atomen per kubieke meter.
  • NA is het getal van Avogadro (6,0229 . 10²³).
  • m is de soortelijke massa van koper (8,9 . 10³ kg/m3).
  • M is het atoomgewicht van koper (63,5).

Dus:

N = 6,0229 . 10²³ * 8,9 . 10³ / 63,5
   = 8.44 . 10²⁸ atomen per kubieke meter.

In koper zijn 8,44 * 10²⁸ elektronen per kubieke meter beschikbaar. Dus in een draad van 1 meter lengte en een diameter van 2 mm (volume = 1 m x 0,002² x pi/4 m² = 3,16x10^-6 m³) zijn dat in totaal 2,65 * 10²³ elektronen. Omdat er een stroom staat van 1 Ampère komen er dus 6,25*10¹⁸ elektronen per seconde uit de bron. Er zijn in totaal 2,65*10²³ elektronen te verplaatsen dus voordat de 'bron' elektronen bij het eind van de draad zijn duurt het:

2,65 * 10²³ / 6,25 * 10¹⁸ = 42.400 seconden en dat is ongeveer 11,7 uur, kortom bijna een halve dag.

2 meter per 11,7u = 200cm per 11,7u = 17 cm per uur

Bij een stroomsterkte van 1 ampere stroomt stroom met een snelheid van 17cm per uur door een koperen draad met een diameter van 2mm.

Stroom LIJKT snel te zijn. Hoe kan het, dat iets was zo traag is als stroom, zo snel lijkt te gaan? Kijk naar de volgende foto. Je ziet een pijp gevuld met ballen. De ballen stellen elektronen voor, de pijp stelt een stroomleiding voor.

Stel je voor wat er gebeurt als je links een balletje in de pijp stopt. Hoe lang duurt het voor er rechts een balletje naar buiten komt?

Antwoord: rechts komt onmiddellijk een balletje naar buiten. Het lijkt alsof het balletje dat je er links in stopt er rechts meteen uit komt. Maar dat is natuurlijk niet hetzelfde balletje. Maar dat balletje rechts komt er wel HEEL SNEL uit!