Slik spiller du Snegleelektroner
- Velg en test og les strømmen, ledningen eller strekningen på kortet.
- Bruk I = n·e·A·v_d med A i m² og v_d i m/s, tid = strekning ÷ fart, og signalets fart for lampen.
- Skriv inn spådommen din og trykk på Start. Se det merkede elektronet krype, eller signalet løpe til lampen.
- Sammenlign målingene og grafen med den oransje spådommen din.
Sakte elektroner, raskt signal
Et metall er fullt av frie elektroner: kobber har n = 8,5 × 10²⁸ av dem i hver kubikkmeter. De suser rundt med omtrent en million meter i sekundet, men i alle retninger, så uten strøm kommer de ingen vei. En strøm legger en langsom drift oppå: på en tid t går elektronene i en lengde v_d·t av ledningen gjennom et tverrsnitt og fører ladningen n·A·v_d·t·e, så I = n·e·A·v_d. Fordi n er så enorm, trenger 1 A i 1 mm² kobber bare en drift på 0,0734 mm/s, og et elektron bruker timer på en meter. En tykkere ledning deler strømmen på flere elektroner, så de driver enda saktere. Hvorfor lyser da en lampe i samme øyeblikk som du trykker på bryteren? Ledningen er allerede full av elektroner; når bryteren lukkes, sendes et signal langs den med omtrent to tredjedeler av lysfarten, og elektronene overalt begynner å drive nesten samtidig, som vann i en hageslange som allerede er full.
En avgrenset læringsmodell
Kobber har n = 8,5 × 10²⁸ frie elektroner per m³, hvert med ladningen e = 1,602 × 10⁻¹⁹ C, og strømmen er jevn fra start. Dirringen står for elektronenes varmebevegelse, omtrent 10⁶ m/s i tilfeldige retninger, og er ikke i målestokk; driften er tegnet med sin virkelige fart i den forstørrede ledningen, 0,5 mm bred i bildet. Signalet går med 2,0 × 10⁸ m/s, en typisk verdi for en kabel. Klokka i hver test går i sin egen enhet, raskere eller langsommere slik at et forsøk tar 4 s, og skjermen viser hvor mye. Svar innenfor 2 % er riktige.