Pred uvedením ďalších zaujímavých vlastností kondenzátora je vhodné povedať najprv niečo o elektrickom odpore. Stručne povedané, ak vystavíme nejaký kov, nekov, zliatinu silovému pôsobeniu elektrického poľa, tak sa dajú v materiáli do pohybu elektróny. Veľkosť tohto prúdu, množstvo jednotkových nábojov za sekundu nám ukazuje Ampérmeter. Ak má materiál veľký merný odpor, tak nameraný prúd je nepatrný.
Odpor sa zvýši aj vtedy, keď zhotovíme z daného materiálu tenký a dlhý drôt. Výpočet prúdu je veľmi jednoduchý, ak vieme odpor a napätie zdroja.
Prúd I = Napätie U / Odpor R.
Ampére = Volty/ Ohmy
Kvantová teória a vodivosť
Kto chce vedieť o vodičoch a nevodičoch z hľadiska kvantovej teórie, uvádzam pár viet z knihy Johna Polkinghorna „Kvantová teória“ z kapitoly Pásová štruktúra:
Energie elektrónov sú v atóme kvantované. Voľný elektrón môže mať ľubovoľnú kladnú hodnotu energie zodpovedajúcu pohybu. Elektrický prúd vzniká dôsledkom usmerneného pohybu elektrónov.
Ak je najvyšší pás atómu zaplnený, elektróny musia byť excitované určitou energiou do nasledujúceho pásu. Elektrický prúd je vtedy ťažšie vyvolať a takýto kryštál sa chová ako elektrický izolant.
Naopak, ak je najvyšší pás zaplnený len čiastočne, potreba energie pre excitáciu elektrónu do prázdneho pásu je malá a elektrický prúd je možné vyvolať ľahko. Takýto kryštál sa chová, ako elektrický vodič.
Kým ideálny kondenzátor a aj elektrická cievka uchováva v sebe elektrickú energiu, prakticky každý elektrický odpor môžeme označiť za vysielač elektromagnetického vlnenia. Elektróny prichádzajúce zo zdroja prúdu odovzdávajú v odpore svoju energiu.
Príklad s miniatúrnou žiarovkou
Žiarovka vysiela najviac fotónov hlavne v oblasti dĺžky vlny okolo 650 nanometrov, frekvencie 4,6 . 1014 Hertzov, čo je pásmo červenej farby. Vlákno tejto veľmi miniatúrnej žiarovky bude mať taký veľký odpor, že prejde ňou len 100 elektrónov za sekundu a bude svietiť túto jednu sekundu. (Žiarovka s takýmito nezvyčajnými parametrami je použitá jedine z dôvodu lepšej predstavivosti o povahe elektrického prúdu . )
To zodpovedá množstvu náboja: 100 x 1,602 . 10-19 C, čo je celkove elektrický prúd If = 1,602 . 10-17 Coulombov za sekundu, alebo aj Ampérov.
Žiarovka bude pripojená na kondenzátor nabitý na 200 Voltov, ako v predošlom príspevku. Chceme vypočítať, koľko vyžiarených červených fotónov pripadá na tých 100 elektrónov, ktoré prinášajú do vlákna žiarovky energiu meniacu sa na fotóny.
100 elektrónov vyžiari za sekundu nasledovnú energiu W = U . If . t = napätie . prúd žiarovkou . čas = 200 . 1,602 .10-17 Joule
Jeden elektrón vyžiari energiu 100 menšiu, teda We = 3,204 . 10-17 Joule
Energiu jedného červeného fotónu vyrátame zo vzorca Ef = h . f = Planckova konštanta . frekvencia daného fotónu
Energia červeného fotónu Ef = 6,63 . 10-34 . 4,6 . 1014 = 30,498 . 10-20 Joule
Počet fotónov pripadajúcich na jeden elektrón: N = We / Ef = 3,204 . 10-17 / 30,498 . 10-20 = 105 červených fotónov
Zistili sme teda zaujímavú vec, že každý elektrón prechádzajúci žiarovkou vyrobenou tak, aby žiarila na vlne 650 nanometrov, nesie v sebe nejakým spôsobom energiu, ktorá sa vo vlákne žiarovky premení na 105 fotónov „červenej farby“.
Žiarovka v našom príklade by vyslala za 1 sekundu 100 x 105, čiže 10 500 fotónov. Po jednej sekunde po vyžiarení by vznikla teoreticky okolo Zeme dutá svetelná guľa vytvorená týmito 10 500 fotónmi, ktorej vnútorný povrch by bol 300 000 km ďaleko.
Takmer pri Mesiaci, ktorý je niekedy vzdialený len 360 000 km.
Kvantová mechanika a dvojštrbinový experiment
Jednou vetou sa môžeme teraz vrátiť ku kvantovej mechanike. V známom dvojštrbinonom experimente sa počíta s jedným letiacim elektrónom, ktorý nakoniec dopadne na málo predvídateľné miesto na fotografickej doske. Tento letiaci elektrón získal v nejakom elektrickom poli určitú energiu, tak podľa nášho výpočtu sa dá analogicky predpokladať, že ho už nemožno pokladať za nejakú jedinú časticu.
tags:
