Så spelar du Snigelelektroner
- Välj ett test och läs strömmen, ledningen eller sträckan på kortet.
- Använd I = n·e·A·v_d med A i m² och v_d i m/s, tid = sträcka ÷ fart och signalens fart för lampan.
- Skriv din förutsägelse och tryck på Starta. Se den märkta elektronen krypa, eller signalen springa till lampan.
- Jämför avläsningarna och diagrammet med din orange förutsägelse.
Långsamma elektroner, snabb signal
En metall är full av fria elektroner: koppar har n = 8,5 × 10²⁸ av dem i varje kubikmeter. De rusar omkring med ungefär en miljon meter per sekund, men åt alla håll, så utan ström kommer de ingenstans. En ström lägger en långsam drift ovanpå: under en tid t passerar elektronerna i en längd v_d·t av ledningen ett tvärsnitt och för laddningen n·A·v_d·t·e, så I = n·e·A·v_d. Eftersom n är så enormt behöver 1 A i 1 mm² koppar bara en drift på 0,0734 mm/s, och en elektron tar timmar på sig för en meter. En tjockare ledning delar strömmen på fler elektroner, så de driver ännu långsammare. Varför tänds då en lampa i samma ögonblick som du trycker på strömbrytaren? Ledningen är redan full av elektroner; när strömbrytaren sluts skickas en signal längs den med ungefär två tredjedelar av ljusets fart, och elektronerna överallt börjar driva nästan samtidigt, som vatten i en trädgårdsslang som redan är full.
En avgränsad inlärningsmodell
Koppar har n = 8,5 × 10²⁸ fria elektroner per m³, var och en med laddningen e = 1,602 × 10⁻¹⁹ C, och strömmen är jämn från start. Darrningen står för elektronernas värmerörelse, ungefär 10⁶ m/s åt slumpvisa håll, och är inte skalenlig; driften ritas med sin verkliga fart i den förstorade ledningen, 0,5 mm bred i bilden. Signalen går med 2,0 × 10⁸ m/s, ett typiskt värde för en kabel. Klockan i varje test går i sin egen enhet, snabbare eller långsammare så att ett försök tar 4 s, och skärmen visar hur mycket. Svar inom 2 % är rätt.