Originaal: https://faculty.wcas.northwestern.edu/infocom/Ideas/static.html
Elektril on väga pikk ajalugu. Kreeka filosoofi Thalest Miletosest (640–546 eKr) peetakse mõnikord esimeseks inimeseks, kes märkas, et merevaik korjab lapiga hõõrudes kuiva rohu või põhu tükke. (Merevaik on meevärviline mineraal, mis on tegelikult kivistunud puumahl.) Suurema osa sellest, mida me Thalese kohta teame, pani Aristoteles kirja sadu aastaid pärast Thale'i surma, seega on tema avastuslugu sisuliselt kuulujutt. Sellegipoolest tõestab see, et kreeka filosoofid olid teadlikud hõõrutud merevaigu atraktiivsetest omadustest vähemalt 600 eKr.
Elektrostaatika poolt igapäevaelus.
Staatiline elekter on lihtsalt elektronide liig (või puudujääk). Kui ütlete, et miski on "laetud" staatilise elektriga, siis ütlete ainult, et selles sisalduvate elektronide arv ei võrdu prootonite arvuga. Elektronidel on negatiivne laeng ja nad "tiirlevad" tavaliselt aatomite positiivselt laetud tuumade ümber. Positiivne laeng tuumades tühistab elektronide negatiivsed laengud ja materjal on elektriliselt neutraalne. Tavaliselt jäävad materjalid elektriliselt neutraalseks, kuna elektronide aatomist eemaletõmbamiseks kulub energiat. Kuid mõne materjali puhul võib nende kokku hõõrumine viia selleni, et väga väike arv elektrone hüppab ühest materjalist teise. Täpne füüsika selle kohta, kuidas see juhtub, on hämmastavalt keeruline – see hõlmab kvantmehhaanilise matemaatika hirmutamist väljaspool selle arutelu ulatust – nii et piisab, kui öelda, et see juhtub. Nimetatakse materjale, mis võivad sel viisil elektrone kaotada (või saada juurde) triboelektriline.
Kui triboelektrilisi materjale kokku hõõruda, lõpeb materjal, millelt elektronid hüppavad, liiga vähe elektrone ja seetõttu positiivse laenguga ning materjal, kuhu elektronid hüppavad, on liiga paljude elektronidega ja seetõttu negatiivse laenguga. See on see, mida me nimetame "staatiliseks elektriks" ning positiivsete ja negatiivsete laengute vaheline tõmbejõud on just see, mis põhjustab staatilise klammerdumise riidekuivatis. Kui te ei ela kohas, kus ilm on aastaringselt äärmiselt niiske, on staatiline elekter teile palju tuttavam kui vanadele inimestele. Kreeka filosoofid pidid staatilise elektri tekitamiseks otsima eksootilisi materjale, nagu kivistunud puumahl, kuid teil on vaja vaid üle vaiba kõndida. Selle põhjuseks on asjaolu, et keerulised orgaanilised materjalid, nagu plast, nailon, kumm ja paber, kipuvad staatilist elektrit üsna kergesti omandama ja kinni hoidma ning erinevalt iidsete kreeklaste kodudest on meie kodud seda täis.
Staatilise elektri tekitavad üleliigsed elektronid ei ole seotud ühegi konkreetse aatomituumaga. Pigem klammerduvad nad materjali pinnale nagu õlikile kolvil. Need üleliigsed elektronid kipuvad paigale jääma, kui nad on paigas, millest saame termini staatiline (st muutumatu) elekter. Staatiline elekter pole aga tegelikult staatiline. Kui viite positiivselt laetud objekti negatiivselt laetud objektile lähedale, hakkavad elektronid voogesitama positiivselt laetud objektile, neutraliseerides staatilise laengu. Selliste elektronide vood on sisuliselt mikroskoopilised välgunooled ning nad eraldavad valgust ja müra nagu nende suuremad sugulased. (Tõmmake pimedas kapis lahti mõned lõhenevad, staatiliselt klammerduvad sokid ja teid hämmastab valgus, mis sealt ära tuleb.)
Staatiline elekter on isolaatorite ja juhtide jaoks erineval viisil "staatiline". Isolaatorid on sellised materjalid nagu kumm, riie, klaas, plast või puit, mis ei lase elektronidel läbi nende vabalt liikuda. Juhid, mis on peaaegu alati metallid, on materjalid, mis võimaldavad elektronidel vabalt liikuda. Arvatakse, et inglise teadlane Stephen Gray (1695–1736) on esimene inimene, kes seda erinevust märkas. Gray järeldas, et isolaatorid on materjalid, nagu siid või klaas, mis suudavad hoida staatilist elektrilaengut, kuid ei suutnud seda ühest kohast teise juhtida, samas kui juhid on materjalid, nagu metall või vesi, mis ei suutnud staatilist laengut hoida, kuid juhivad seda.
Greyl oli osaliselt õigus, kuid ta oli teinud väikese vea. Ta märkas õigesti, et isoleerivad esemed, nagu klaaskuul, võivad hoida staatilist laengut, kui neid lihtsalt puudutada midagi laetud (kuna elektronid ei saa pärast klaasi pinda liikuda), samas kui elektrit juhtiv metallkuul seab. laual kaotab koheselt oma laengu. Kuid ta eksis, kui eeldas, et dirigendid ei suuda üldse laengut hoida. Kui soovite asetada juhile staatilist laengut, tuleb juht kõigepealt muust maailmast eraldada isolaatoriga, näiteks kummipadjaga. Vastasel juhul jooksevad kõik üleliigsed elektronid, mille juhile asetate, koheselt läbi selle ja Maasse, analoogselt sõela läbiva veega. Charles Du Fay (1698–1739), kes töötas 1734. aastal Pariisis, oli esimene inimene, kes sellele õigesti tähelepanu juhtis.
Eraldatud juhil, kus staatilise laengu elektronid on Maast ära lõigatud, kuid võivad siiski vabalt liikuda, tormavad elektronid hetkega üle kogu juhi pinna, kattes selle ühtlaselt, püüdes liikuda üksteisest võimalikult kaugele. Siis muutuvad nad staatiliseks. Selles pole midagi müstilist: nagu laengud tõrjuvad, nii tõrjuvad elektronid üksteist. Nad tulevad puhkama alles pärast seda, kui nad on nende käsutuses oleva ruumi täielikult täitnud.
Meie, inimesed, oleme enamasti vesi, seega oleme üsna head elektrijuhid. Küll aga kanname tihti kingi, mis on väga head isolaatorid ja see seab meie ja Maa vahele elektribarjääri. Meil on üsna lihtne omandada staatiline elektrilaeng, täpselt nagu isoleerivale alusele asetatud juhtiv kuul, kui me ringi käime ja hõõrume vastu toole, vaipu jms. Ja kuna me oleme juhid, võib meie peal olev laeng vabalt liikuda, kui puudutame teist "maandatud" (st Maaga ühendatud) juhti ja seega saab kogu meie peal olev staatiline elekter ühe hooga ära tõmbuda. , tekitades sädet, mis võib olla lausa valus.
Sellised sädemed võivad olla ohtlikud. Staatiline elekter on üks peamisi juhuslike plahvatuste põhjuseid ilutulestikutehastes ja muudes kohtades, kus leidub suures koguses kergestisüttivaid materjale. Selliste tehaste sissepääsud on tavaliselt varustatud maandatud vaskplaatidega, mida kõik töötajad peavad enne sisenemist puudutama. See tagab, et need ei sisalda staatilist elektrit, mis võib põhjustada plahvatuse.
Elektrostaatika suures mahus
Alates 1600. aastate keskpaigast hakkasid leiutajad konstrueerima elektrostaatilisi masinaid, mis suutsid genereerida ja hoida palju suuremaid laenguid, kui merevaigutüki hõõrumisel või kuivatis sokkide ümber viskamisel. Esimese meile teadaoleva elektrostaatilise masina ehitas 1660. aastal Saksamaal Magdeburgis Otto von Guericke, sama härrasmees, kes tõestas, et hobuste meeskonnad ei suuda evakueeritud sfääri eraldada. Varastel elektrostaatilistel masinatel oli erinev konstruktsioon, kuid need kõik töötasid samal põhimõttel. Klaasist, väävlist või mõnest muust isoleermaterjalist valmistatud pöörlev ratas või silinder elektristati pideva hõõrdumise teel sellise ainega nagu riie või karusnahk. Neid masinaid kasutades võib tekitada mitme sentimeetri pikkuseid elektrostaatilisi sädemeid.
Oluline areng toimus 1745. aastal Hollandis Leydenis, kui Pieter van Musschenbroch leiutas selle, mida hakati nimetama Leydeni purgiks. Leydeni purk on klaaspurk, mis on osaliselt seest ja väljast kaetud metallfooliumiga, mis võimaldab sellel hoida suurt staatilist elektrilaengut. Ühendades kaks Leydeni purki elektrostaatilise masinaga (üks negatiivse laengu hoidmiseks ja teine positiivse laengu hoidmiseks), võib tekkida väga suur hulk staatilist elektrit – kuni punktini, kus see võib olla ohtlik. Minu keskkooli füüsikaõpetaja asetas kunagi kahe käsitsi väntatava elektrostaatilise masina osaks olnud Leydeni purgi kontaktid teineteisest liiga kaugele ja kui 15-sentimeetrine säde lõpuks ühest Leydeni purgist hüppas, hüppas see tema juurde. pigem kätte kui teise Leydeni purki. Kulus peaaegu kakskümmend minutit, enne kui ta suutis oma kätt uuesti liigutada.
Üha massiivsemate elektrostaatiliste masinate ehitamine, et näha, kui suure sädeme saate tekitada, muutus 18. sajandi keskel moeröögatuseks. Ameerikas lõbustas Benjamin Franklin oma õhtusöögilauale kalkuneid elektrilöögiga, mitte ei surus neid maha. 1750. aastal korraldas prantsuse füüsik Abbe Nollet Pariisi kuningale meeleavalduse, kus enam kui tuhandel kartausia mungal kästi hoida käest 900 jala läbimõõduga ringis. Kui massiivne Leydeni purk munkade sekka lasti, märkis Nollet, et kõik mungad hüppasid korraga õhku, tõestades sellega, et elektrilahenduse kiirus on hetkeline või vähemalt ülisuur.
Nollet ise katses ei osalenud.
Märkimisväärne sarnasus ühelt poolt elektrostaatilise masina valgeks kuumenenud, lõhenevate sädemete ja teiselt poolt välgunoolte vahel ei jäänud tähelepanuta. 1752. aasta juunis otsustas Ameerika diplomaat, kirjastaja ja teadlane Benjamin Franklin otse testida, kas välk on hiiglaslik elektrisäde või mitte. Äikesetormi ajal saatsid Franklin ja tema poeg lohe kõrgele ja kasutasid lohe nööri Leydeni purgi laadimiseks. See äärmiselt ohtlik katse tõestas, et äikesepilv oli elektriliselt laetud ja seetõttu oli välk elektrilahendus. Franklin pakkus välja, et hooneid saab kaitsta välgulöögi eest, asetades hoonete tippudele kõrged metallvardad, seejärel ühendades vardad maapinnaga. Selline paigutus juhiks välgu kahjutult hoonest mööda.
Franklin tegi palju elektrostaatilisi eksperimente, kuid kõige püsivama mõjuga on osutunud tema teoreetilised ideed elektri kohta. Just Franklinile võlgneme elektrilaengu tähistused "positiivne" ja "negatiivne" ning just Franklin viis esmakordselt läbi katsed, mis näitasid, et hõõrdunud objektile kogunenud negatiivse laengu kogus on täpselt võrdne seadmele kogunenud positiivse laenguga. hõõruv objekt. Teisisõnu, see oli Franklin, kes hakkas esmakordselt nägema laengu säilimise kontseptsiooni. Laengu säilimine on kergesti mõistetav, kui usute jagamatutesse osakestesse, mis kannavad taandamatuid massi-, laengu- ja muid koguseid. Kuid Franklini ajal – kui arvati, et kõik alates elektrilaengust kuni soojuseni koosneb salapärastest vedelikest ja aatomid polnud isegi aktsepteeritud idee – kujutas endast suurt edusamme kontseptsioon, et elektrostaatilise masina tekitatud positiivsed ja negatiivsed laengud peavad alati olema võrdsed.
Aastal 1753 autasustas Londoni Kuninglik Selts Franklinile Copley medali, Inglismaa suurima teadusauhinna. Aastaid hiljem, Ameerika revolutsiooni ajal, avas Franklini märkimisväärne teadlase kuulsus talle diplomaatilised uksed, mis muidu oleksid suletud Euroopast kaugel asuva tähtsusetu riigi mitteametlikule suursaadikule.
Välk
Välgu ja äikest tekitavad samad füüsikalised protsessid, mis panevad teie pesu särisema. Ainult elektrilahenduse ulatus eristab välgunoolt aiasordi staatilisest elektrist. Äikese ajal asendavad elektrostaatilise masina pöörlevad rattad ringlevad õhuvoolud ning Leydeni purgi pisikesed jää- ja veepiisad. Veepiiskadel (ja veeaurudel) on märgatav kalduvus omandada elektrilaeng, mistõttu on niiskes kliimas staatilist elektrit palju vähem märgata: veeaur juhib selle minema. Äikese ajal muutuvad äikesepilve alumisel küljel olevad veepiisad ja jääkristallid õhu ringlemisel pidevalt negatiivselt laetud ja see jätab maapinna vahetult allpool väga positiivselt laetuks.
Õhk on väga halb elektrijuht, nii et mõnda aega koguneb kogunemislaeng lihtsalt pilvedesse. Kuid varem või hiljem muutub tõmbejõud liiga suureks ja nähtamatu laetud elektronide sammas hakkab end läbi õhu allapoole suruma, otsides lühimat teed maapinnale. Kui sammas läheneb maapinnale, võib vahetus läheduses staatilise elektrilaengu intensiivne kogunemine põhjustada seal seisvatel inimestel "torkivust" või "õhus olevat elektrit". Kui laeng muutub piisavalt suureks, võivad inimestel juuksed püsti tõusta, sest iga kiud on identselt laetud ja seetõttu tõrjutakse teistest eemale.
Lõpuks laskub laetud elektronide sammas piisavalt alla, et võtta ühendust läheduses asuva kõrgeima punktiga – ja tulemuseks on elektritammi purunemine. Ühe titaanliku löögiga tuleb kogu kogunenud elektrilaeng mööda kolonni alla ja välgunool lööb maasse. Piksenool lihtsalt järgib väikseima takistuse teed, mis tähendab, et see tabab kõrgeid objekte enne, kui see tabab madalaid, ja liigub võimaluse korral läbi heade juhtide (nt metallid või midagi veega leotatud).
Välguohutus
Kui peaksite tormi ajal väljas viibima ja avastate, et teie juuksed tõusevad püsti, peate viivitamatult liikuma ohutusse kohta. Inimkeha on üsna hea juht ja suudab meelitada välgulööke; Veelgi enam kahjuks on see inimkeha osa, mis kõige paremini elektrit juhib, närvisüsteem. Isegi lähedalasuv välgulöök, mis inimesele surma ei too, võib närvisüsteemi läbiva elektri tõttu põhjustada püsiva halvatuse või muid neuroloogilisi kahjustusi.
Välgu eest kaitstud koha leidmiseks on esimene reegel: minge võimalusel sisse. Metallesemes, näiteks autos, viibiv inimene on välgunoolte mõjude eest täiesti kaitstud, sest elekter võib voolata ainult väljastpoolt juhti. Sama tõukejõud, mis paneb juhi staatilise elektrilaengu võimalikult laiali hajutama, tagab ka selle, et elektronide vool surutakse alati mis tahes juhtiva objekti keskpunktist eemale.
Teine välguohutuse reegel on kõrgetest objektidest eemale hoidmine. Igal aastal juhtub golfiväljakutel traagiliselt palju äikesevigastusi, kui vihma kätte sattunud inimesed püüavad sellest puude all seistes pääseda. See on väga halb mõte. Vihmast läbiimbunud isoleeritud puu, mis seisab keset tasast ruumi, näiteks golfiväljakut, on midagi enamat kui lehtedega piksevarras. Palju parem on märjaks saada kui äikesetormis puu all seista.
Piksenoole pimestava sähvatuse tekitab suure energiaga elektronide voog, kui see põrkub atmosfääri aatomitega. Kuna oleme juba öelnud, et õhk on hea isolaator – mis tähendab, et see ei juhi elektrone – võite imestada, kuidas elektronide voog üldse läbi õhu liikuda saab.
Vastus on, et õhk, nagu kõik isolaatorid, suudab elektronide liikumist peatada ainult teatud punktini. Kui isolaatorit läbiv elektrijõud muutub piisavalt suureks, võib see ületada jõudu, mis seob elektronid nende vastavate molekulidega, ja molekulid rebitakse sõna otseses mõttes lahti, kui nende tuumad liiguvad ühes suunas ja osa elektronidest teises suunas. Seda nimetatakse isolaatori purunemiseks ja see juhtub alati, kui elektronide voog rebib läbi isolaatori juhtiva tee. Elektrilahenduse häirivat mõju isolaatorile on lihtne näha, kui teil on elektrostaatiline masin. Lihtsalt hoidke paberit elektroodide vahel, kuni tekitate sädemeid, seejärel hoidke paberit valguse poole. Näete, et see on nüüd perforeeritud väikeste aukudega – üks iga sädeme jaoks.
Välgu tekitatud intensiivne valguspuhang tekib siis, kui elektronid ja õhu katkenud molekulid korduvalt eralduvad ja rekombineeruvad. (Miks see valgust tekitab, seda käsitletakse kursuse hilisemas etapis.) Ülikuumenenud õhk, mis tormab välgu sisemisest, valgest kuumast tsoonist väljapoole, tekitab äikese mürinat – või väiksemas ulatuses ka särinat. oma pesus.
Coulombi seadus
Esimese elektrostaatilise jõu kvantitatiivse uuringu viis 1785. aastal läbi Charles Coulomb (1726–1806)Pariisis, Prantsusmaal. Coulomb leiutas väändekaalu, mille põhiliseks tunnuseks oli peenike varras, mis kandis mõlemas otsas võrdset massi ja mis oli tasakaalustatud õrnast traadist. Kui vardale avaldada vähimatki pöörlemisjõudu, pöörleks see seni, kuni keerdtraadi vääne tasakaalustab pöörlemisjõu. Pöörlemisnurka mõõtes sai Coulomb seejärel täpselt mõõta pöörlemisjõudu. Coulomb asetas oma torsioonkaalu klaaskambrisse, et tõrjuda õhuvoolusid, ja asetas kambrisse ka statsionaarse palli. Pannes seisvale kuulile elektrilaenguid ja tasakaalupulgale kuuli ning mõõtes seejärel, kui kaugele tasakaaluvarras oli väändunud, suutis Coulomb näidata, et elektrilaengud järgivad jõuseadust:
F = kq 1 q 2 / r2(Coulombi seadus)
kus: k (elektrostaatiline konstant) = 8,99 X 10 9 N m 2 / C 2 , q 1 ja q 2 on kaks laengut, r = laengute vaheline kaugus.
Meetrisüsteemis mõõdetakse laengut kulonides ja sellel on lühend C – seda ei tohi segi ajada °C-ga Celsiuse kraadide kohta! Laengukulon on seotud elektroni (või prootoni) laenguga valemiga: e (elektroni laeng) = 1,60 X 10 -19 kulon, mis tähendab, et 1 kulon = laeng 6,24 X 10 18 elektronil ( või prootonid).
Coulombi seaduse ja Newtoni gravitatsiooniseaduse sarnasus on ilmne. Mõlemad vähenevad kauguse võrra r 2 -ga ja mõlemad sõltuvad otseselt kahe teineteisele jõudu avaldava objekti laengust (või massist). Gravitatsioonikonstant G asendatakse lihtsalt elektrostaatilise konstandiga k. See sarnasus tuleneb osaliselt sellest, et samad geomeetrilised argumendid nagu Isaac Newtoni lehel gravitatsiooni kohta kehtivad ka Coulombi seaduse kohta. See tähendab, et elektrijõust võib mõelda kui punktlaengu "kiirgamisest" samamoodi nagu valgust kiirgab lambipirnist.
Laadige paberitükile üleliigne tasu
Elektronide ja prootonite vaheline elektrostaatiline jõud on tohutult suurem kui nendevaheline gravitatsioonijõud. See tähendab, et staatilise elektri tekitamiseks kulub üllatavalt vähe üleliigset laengut või matemaatilisemalt öeldes on elektrostaatiliselt laetud objektide vahel liikuvate elektronide suhteline arv võrreldes neis sisalduvate elektronide koguarvuga äärmiselt väike. Seda näeme, hinnates, kui palju liigset laengut tuleb plastkammi 1-grammisele paberitükile üle kanda, et kamm paberit elektrostaatiliselt tõstaks.
Paberit tõmbav gravitatsioonijõud on täpselt: F = mg = (0,001 kg) (9,8 m/s 2 ) = 9,8 X 10 -3 N.
Kammi ja paberitüki vaheline elektrostaatiline jõud peab olema vähemalt võrdne gravitatsioonijõuga, seega:
F = mg = 9,8 X 10 -3 N = kq 1 q 2 / r 2 , kus k = 9 X 10 9 N m 2 /C 2
Laengu säilimise põhjal teame, et paberile kantud negatiivne laeng peab võrduma kammile jäänud positiivse laenguga, seega teame q 1 = q 2 , mis tähendab q 1 q 2 = q 2 , kus q on teadmata tasu, mida otsime.
Rangelt võttes kehtib elektrostaatilise valemi vahemaa r ainult siis, kui laengud on punktlaengud. Kuid hinnangu saamiseks saame r-i ligikaudselt hinnata, eeldades, et see on kahe objekti keskpunktide vaheline kaugus. Sel juhul on meie eesmärkide jaoks piisav eeldus, et r = 1 cm.
Arvudes asendades saame: 9,8 X 10 -3 N = (9 X 10 9 N m 2 /C 2 ) q 2 / (0,01 m) 2 või
q = [(0,01 m) 2 X (9,8 X 10) -3 N) / (9 x 10 9 N m 2 /C 2 )] 1/2 = 1 x 10 -8 C
Ühe elektroni laeng on 1,6 X 10 -19 C, seega on ülekantavate elektronide koguarv: (1 X 10 -8 C) / (1,6 X 10 -19 C) = 6,3 X 10 10 ülekantud elektroni.
See võib tunduda tohutu arvuna, kuid mõelge, kui palju elektrone on 1-grammises paberitükis. Jämedalt öeldes koosneb tavaline aine � prootonitest ja ¿½ neutronitest. (Võime tähelepanuta jätta elektronide massi.) Seega on prootonite koguarv 1-grammises paberitükis ligikaudu järgmine: prootonite arv
= ½ (0,001 kg)/(prootoni mass) = (5 x 10 - 4 kg)/(1,7 x 10–27 kg ) = 3 x 10 23
Elektronide arv elektriliselt neutraalses aines peab olema võrdne prootonite arvuga, seega on meie paberitükile staatilise elektrina üle kantud elektronide arv: 6,3 X 10 10 / 3 X 10 23 = 2 X 10 -13.
See osa on uskumatult väike. See on umbes sama, kui võrrelda ühte dollarit kogu USA majandusega. Ja ometi on see ebaoluline osa liigsest elektrilaengust enam kui piisav, et tõsta paberitükk vastu kogu Maa gravitatsioonilist külge.
Pinge ja voolutugevus
Elektrivool on lihtsalt elektronide voog ja elektrisäde on lihtsalt väga lühike (sageli üsna ebastabiilne) elektrivool. Elektrivoolu võimsust iseloomustavad kaks suurust, millega võite juba tuttavad olla: pinge ja voolutugevus. Elektrivoolu visualiseerimine (väga kiiresti liikuva) elektronide vooluna on hea viis näha, et see sarnaneb torus voolava veega. Pinge on analoogne vee rõhuga ja voolutugevus on analoogne sellele, kui palju vett voolab. Et anda teile aimu nende koguste tüüpilistest väärtustest, töötab USA-s kodumajapidamises kasutatava voolu pingel 120 volti ja üsna vastupidav seade, näiteks ruumikütteseade, võib tarbida kuni 15 amprit. Elektrivoolu võimsus määratakse lihtsa valemiga: elektrivõimsus = volti X amprit või P = VI. (Füüsikud kasutavad elektrivoolu jaoks alati I.
Sädeme läbimiseks ühe sentimeetri õhust kulub hämmastavalt 30 000 volti elektrilist "rõhku" – see näitab, kui palju jõudu kulub õhumolekulide katkestamiseks, et need juhiksid elektrit. Seega näete, et isegi elektrostaatilise masina tagasihoidlikud sädemed võivad kergesti ületada 100 000 volti. Sellistel sädemetel on aga äärmiselt madal voolutugevus, nii et kuigi need võivad olla valusad, kui need näpuga kokku löövad, ei ole need eriti ohtlikud, kuna nende võimsus on väga madal.
Teisest küljest võib välgunool kanda kuni 20 000 amprit miljardi voldi juures. See on välgu tohutu pinge, mis annab sellele võimaluse lõhkuda puid, sulatada liiva klaasiks ja purustada kivi. Ainult tõsiasi, et välgunooled on väga lühikesed (ja seetõttu ei anna oma kohutavat jõudu väga kaua edasi), võimaldab inimestel mõnikord otseseid tabamusi üle elada.
Võime hõlpsasti ühendada amprite ja voltide makroskoopilised ühikud liikuvate laengute mikroskoopilise maailmaga. Üks ampri voolu on defineeritud kui elektronide voog üks kulon sekundis, st üks ampri võrdub 6,24 X 10 18 elektroniga, mis liiguvad punktist sekundis mööda. Valemist P = VI näeme, et volt on võrdne vatti/ampriga või: 1 volt = (džauli/sek) / (kulon/s) = J/C = 1,6 x 10-19 J / elektron.
Teisisõnu, pinge on keskmise kineetilise energia mõõt ühe elektroni kohta voolus. (Selles mõttes mängib pinge elektronide puhul mõnevõrra sama rolli, mida temperatuur mängib täiuslikus gaasis olevate aatomite puhul.) Lihtsa näitena, kui võtta tavaline 120-voldine majapidamisvool, siis elektroni kineetiline energia vool on lihtsalt:
120 volti X üks elektron = 120 X (1,6 X 10 -19 J / e) X üks elektron = 1,92 X 10 -17 džauli
Energia kogus 1,6 X 10 -19Füüsikud kutsuvad J-d elektronvoldiks (lühendatult eV), kuna see võrdub ühe elektroni kineetilise energiaga, mida on kiirendatud ühevoldise elektriväljaga. See pisike energiaühik ei ole meile praegu nii kasulik, kuid see muutub väga kasulikuks, kui hakkame aatomi füüsikat uurima.