האם  מהירות האלקטרונים קבועה? האם התנגדות חשמלית משפיעה על המהירות?

יהודית שלום,

נדון במקרה של תייל מוליך חשמל, נחושת למשל,בטמפרטורת החדר. אם לא מפעילים שדה חשמלי לאורך התייל, יוכלו האלקטרונים החופשיים לנוע, בתנועה אקראית ומהירותם הממוצעת היא אפס.

לאחר שמפעילים שדה חשמלי בכיוון התייל, נוסף למהירות האקראית (אשר מכונה: ”מהירות טרמית”) רכיב חדש, בכיוון הפוך לכיוון התייל, כי האלקטרונים טעונים במטען שלילי. החיבור הווקטורי בין המהירות הטרמית לרכיב החדש הנ"ל לאחר מיצוע על כל האלקטרונים, נותן את "מהירות הסחיפה“. מהירות הסחיפה קטנה בהרבה מגודלה של המהירות הטרמית. אפשר להסתכל על ההתנגדות החשמלית כנובעת מהפיזור של האלקטרונים החופשיים עם היונים הכבדים מהם בהרבה. לכן, מהירות הסחיפה תגדל כאשר ההתנגדות תקטן.

חשוב להדגיש כי מהירות ההתפשטות של האות החשמלי בתייל היא הרבה יותר גדולה מהמהירויות אשר דנו בהן עד כה, והיא קרובה למהירות האור. לכן הפרש הזמנים בין הדלקתה של נורה לבין הופעת האור נראה כמיידי. זאת כי אין לראות את התקדמות האות בתייל כאילו והוא נובע מאלקטרוןן שיוצא מהמפסק ומגיע לנורה. מה שקורה הוא שהאלקטרון הראשון נותן דחיפה קלה לזה שלידו וזה שלידו נותן דחיפה קלה לשכנו וכולי, עד שהאלקטרון האחרון נע. הדבר דומה ל-”משחק המנהלים" שבו יש מספר כדורי מתכת תלויים על חוטים. כאשר מסיטים את הכדור הראשון הרחק מהכדורים האחרים ונותנים לו להתנגש עם הכדור שלידו, יזוז רק הכדור האחרון ממצב שיווי המשקל שלו.

בברכה,
 

פרופ' גד עילם
פיסיקה
הטכניון