Hur långt rör sig elektronerna i sladden?

2011-01-25 23:00  

Ska man verkligen behöva betala för elen när elektronerna bara åker lite fram och tillbaka i sladden?

Fråga:

Efter en diskussion kring fikabordet om man verkligen ska behöva betala för elen (man får ju inga nya elektroner, de åker ju bara fram och tillbaka) uppstod en fråga: hur långt rör sig en elektron i varje svängning i exempelvis en sladd till skrivbordslampan?

Bernt Rane, Göteborg

Svar:

Jag plockar ned Hallén-bibeln, klassikern ”Elektricitetslära” av Erik Hallén, ur bokhyllan, och läser:

”Ledningselektronerna välla helt långsamt fram i metallen.”

Ström är ju den laddning som flyter ­genom en ledare varje sekund. Ju fler ledningselektroner det finns per kubikmeter i ledaren och ju större tvärsnittsarean är, desto långsammare behöver de enskilda elektronerna röra sig vid en given strömstyrka. Strömtätheten, det vill säga strömmen per ytenhet, i en ledare kan beräknas med formeln i=-Nev, där N är antalet tillgängliga ledningselektroner per volymsenhet, e är laddningen för en elektron och v är elektronernas hastighet. Ledararean i en lampsladd kan vara 1 mm2. En glödlampa på 100 W (salig i åminnelse) kräver en strömstyrka på 100/220=0,45 A för att lysa. Det ger en strömtäthet på 0,45 A/mm2 i vår sladd.

Om vi antar att koppar har en ledningselektron per atom och sätter in värden på antalet atomer per m3 (8,46·1028) och på elektronens laddning (1,60·10-19 coulomb) i ekvationen v=i/(Ne) blir hastigheten 0,033 mm/s.

Med 50 Hz växelström i nätet blir perioden för en svängning 1/50 sekund. Under halva denna tid rör sig elektronen åt det ena hållet, och under den andra halvan åker den tillbaka till utgångsläget. Resan enkel väg tar alltså en hundradels sekund. Den sträckan som elektronen rör sig blir alltså 0,00033 mm. Med lägre effekter via samma sladd går elektronerna ännu långsammare, och därmed ännu kortare väg. Precis som frågeställaren gissat är det alltså uppenbarligen mina egna elektroner som elbolaget mot en hög avgift skakar lite fram och tillbaka. Detta under förutsättning att jag räknat rätt och att den gode Halléns teorier står sig ännu efter de 60 år som gått sedan boken trycktes.

Lars Bonnevier, E-83, Hägersten

Nu över till två nya frågor:

Fråga:

Varför firar vi det nya året just den 31 december? Hade det inte varit naturligare att inleda det nya året vid vintersolståndet?

Jesper Thorzell

Fråga:

Den maximala hastighet man lär kunna komma upp i vid fritt fall genom luften ligger någonstans runt 300 km/h. Nu läste jag härförleden i Ny Teknik om att man skall försöka spränga ljudvallen i ett fritt fall. Det motsvarar ungefär 330 m/s. Är detta möjligt?

Mårten Ohlsén

Skicka in era svar och nya intrikata frågor till teknikfragan@nyteknik.se

Det är ni, kära läsare, som både frågar och svarar i Teknikfrågans spalter.

Kaianders Sempler

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Dagens viktigaste nyheter

Aktuellt inom

Debatt