Innehåll
- TL; DR (för lång; läste inte)
- Vad är en Coulomb?
- Millikans oljedroppsexperiment
- Antalet elektroner per sekund i en ampere
- Konvertering från ampere till elektron per sekund
Fysiker tillskriver elektricitet till rörelserna hos elektroner, de små, elektriskt negativa partiklarna som omger varje atom. Enheten med elektrisk ström är ampèren, uppkallad efter fransk fysiker från 1800-talet André-Marie Ampère. Per definition är en ampere lika med en coulomb per sekund. För att beräkna antalet elektroner i en ampere måste du därför veta laddningen för en individuell elektron i coulombs. Det visar sig vara 1,602 × 10-19 coulomb. Det är all information du behöver för att konvertera ampere till elektroner per sekund.
TL; DR (för lång; läste inte)
I en ampere av nuvarande, 6.242 × 1018 elektroner flyter varje sekund. Multiplicera styrkan hos strömmen med detta nummer för att hitta antalet elektroner som strömmar i kretsen per sekund.
Vad är en Coulomb?
Coulomb är den statiska laddningsenheten i MKS (mäter, kilogram, sekund) mätsystem. Det uppkallades efter en annan fransk fysiker, Charles Augustin de Coulomb, som gjorde det mesta av sitt arbete på 1700-talet. Definitionen av coulomb är baserad på statcoulomb, en laddningsenhet i CGS-systemet (centimeter, gram, sekunder). Detta definierades ursprungligen som den laddning som behövs av två lika laddade partiklar separerade med 1 centimeter för att stöta varandra med en kraft av 1 dyne. Du kan härleda coulombs från statcoulombs, men samtida forskare definierar vanligtvis coulombs i form av ampère, inte tvärtom. Definitionen av 1 coulomb är mängden laddning som transporteras i en sekund av en ström på 1 ampere. Vetenskapsmän känner råkar till laddningen för en individuell elektron, dock tack vare ett berömt experiment som genomfördes i början av 1900-talet.
Millikans oljedroppsexperiment
Den amerikanska fysikern Robert Millikan genomförde oljedroppsförsöket 1909 och det gav honom Nobelpriset. Han placerade en laddad droppe olja mellan två elektriskt laddade plattor och justerade spänningen tills droppet hängdes i luften. Eftersom han kunde beräkna tyngdkraften på droppet och kraften i det elektriska fältet, kunde han bestämma laddningen på fallet. Han genomförde experimentet med en mängd olika laddningar på droppen och fann att laddningen alltid varierade med en multipel av ett visst antal, vilket han drog slutsatsen att var laddningen på en individuell elektron. Det visade sig vara 1,602 × 10-19 coulomb.
Antalet elektroner per sekund i en ampere
En elektron har en laddning på 1,602 × 10-19 coulombs, så du kan hitta antalet elektroner i en laddning av coulomb genom att ta det inversa av detta nummer. Om du gör aritmetiken hittar du:
1 coulomb = 6,242 × 1018 elektroner
1 ampere är lika med 1 coulomb per sekund, vilket betyder:
1 ampere = 6,242 × 1018 elektroner per sekund
Konvertering från ampere till elektron per sekund
Förhållandet härledd ovan utgör en omvandlingsfaktor. För att konvertera från ampère till elektron per sekund multiplicerar du den konverteringsfaktorn med den nuvarande styrkan i ampère. Till exempel i en ström på 15 ampere, 15 × (6.242 × 1018) = 9.363 × 1019 elektroner flyter per sekund. I en ström på 7 mA (0,007 ampere), 4 369 × 1016 elektroner flyter per sekund.