In welche Richtung fließen also Elektronen wirklich?

Herkömmlicher Strom geht von positiv nach negativ, was das Gegenteil von Elektronenfluss ist , der von negativ nach positiv geht.

Weder die Elektronen noch die Löcher sind für die Arbeit verantwortlich, es ist einfach der Ladungsfluss, der die Arbeit erledigt. Die Richtung des Ladungsflusses, der Elektronen oder des konventionellen Stroms ist für die geleistete Arbeit nicht relevant.

Wenn wir in der Elektronik von „Strom“ sprechen, beziehen wir uns auf konventionellen Strom . Wenn wir uns aus irgendeinem Grund auf den Elektronenfluss beziehen möchten, stellen wir sicher, dass wir dies sagen.

Die Gründe dafür sind meist historischer Natur.

Positiv ist positiv.

Wenn ein Pin in Bezug auf einen anderen Pin "positiv" ist, dann ist die Spannungsdifferenz zwischen diesem Pin und dem Referenzpin positiv. In Ihrem Beispiel ist VDD mit dem "positiven" Anschluss verbunden, was bedeutet, dass die Spannung an diesem Pin in Bezug auf GND höher ist.

Elektronen "fließen" von negativ nach positiv, wenn also ein Pin eine höhere Spannung hat, fließen sie darauf zu. Elektronenstrom fließt daher von GND nach VDD. Herkömmlicher Strom geht von VDD zu GND.

Spannung ist elektrische potentielle Energie pro Ladung, dh EPE/q. Wenn das Bewegen eines Elektrons von Punkt A nach Punkt B 1 Elektronenvolt Arbeit erfordert, beträgt die Spannungsdifferenz von A nach B 1 eV/(-1e) = -1 V (beachten Sie, dass die Notation etwas verwirrend ist, da das 'e' in 'eV' steht für "Elektron", während das 'e' auf der rechten Seite für "Elementarladung" steht). Bewegt sich dagegen ein Elektron zwischen zwei Punkten mit einer Spannungsdifferenz von +1 V, so verrichtet es 1 eV Arbeit.

Wenn wir Strom als vorzeichenbehafteten Ladungsfluss definieren, dann ist eine positive Ladung, die vom Pluspol zum Minuspol wandert, ein positiver Strom vom Pluspol zum Minuspol. Eine negative Ladung, die von negativ nach positiv fließt, ist ebenfalls ein positiver Strom; Das negative Vorzeichen von der entgegengesetzten Richtung und das negative Vorzeichen von der entgegengesetzten Ladung ergeben zusammen einen positiven Strom.

"Positiv" und "negativ" sind etwas irreführend, da es keinen "absoluten Nullpunkt" der Spannung gibt. Der "positive" Anschluss ist einfach derjenige mit der höheren Spannung und der "negative" ist derjenige mit der niedrigeren Spannung.

Wenn ein Coulomb von Elektronen von einem Anschluss zum anderen wandert und der zweite Anschluss eine Spannung hat, die 5 V höher ist als die erste, dann haben wir -1 C, wenn wir über eine Spannung von -5 V gehen, was (-1 C) (-5 V) ergibt. oder 5J, der Arbeit. Die Elektronen arbeiten, indem sie negative Ladungen sind, die über eine negative Spannungsdifferenz gehen.

Als etwas Analoges gilt: Wenn Sie einen Heliumballon loslassen (negatives Gewicht), schwebt er nach oben, und die geleistete Arbeit ist das Gewicht des Ballons multipliziert mit der vorzeichenbehafteten Höhenänderung. Sowohl das Gewicht als auch die Verdrängung sind negativ, was eine positive Menge an Arbeit ergibt, die der Ballon verrichtet.

So wie ich es verstehe, fließen Elektronen (die negativ geladen sind) zum Positiven.

TL;DR – Im Allgemeinen richtig, aber in einigen Fällen führt die Anwendung dieses Prinzips zu falschen Ergebnissen.

Lange Version:

Ich möchte einen subtilen Punkt ansprechen, aber es lohnt sich, ihn zu verstehen.

Elektronen werden in Richtung auf ein positiveres Feld beschleunigt , aber sie können sich in die entgegengesetzte Richtung bewegen . Tatsächlich bewegen sie sich sehr oft in die entgegengesetzte Richtung, und die Kenntnis dieser Tatsache ist für das Verständnis der Funktionsweise von Bipolartransistoren unerlässlich.

Alle Teilchen haben thermische Energie, und dies bewirkt, dass sie sich zufällig bewegen. Diese zufällige Bewegung führt dazu, dass Partikel von Bereichen mit höherer Konzentration zu Bereichen mit niedrigerer Konzentration diffundieren . Dies wird als Diffusionsstrom bezeichnet. Geladene Teilchen werden auch durch elektrische Felder beschleunigt (oder wenn sie sich bewegen, auch durch magnetische Felder). Obwohl die vorherrschende Bewegung von Elektronen oft zufällig ist, verursacht ein elektrisches Feld eine Nettodrift in der Bewegung von Elektronen von negativ nach positiv. Dies wird Driftstrom genannt. Die Situation ist analog zur zufälligen Bewegung von Luftmolekülen, die zufällige Geschwindigkeiten nahe der Schallgeschwindigkeit haben, und von Wind, der ein Netz istdurchschnittliche Bewegung von Luftmolekülen. So wie sich der Wind viel langsamer bewegt als die Moleküle in der Luft, ist die Driftgeschwindigkeit von Elektronen viel langsamer als ihre zufällige thermische Bewegung. Viel, viel, viel langsamer.

Diffusionsstrom und Driftstrom sind oft entgegengesetzt gerichtet.

Die Elektronen in beiden Stromarten haben einen Impuls und bewegen sich auch dann weiter in die gleiche Richtung, wenn sie ein elektrisches Feld verlassen, bis sie mit einem anderen Teilchen kollidieren (das "zusammengesetzt" sein kann, z. B. ein Atom). Die durchschnittliche Entfernung, die Elektronen zurücklegen, bevor sie kollidieren, ist ihre mittlere freie Weglänge. Wenn das elektrische Feld innerhalb der mittleren freien Weglänge umgekehrt wird , wird das Elektron abgebremst, aber in elektrischen Schaltkreisen nicht viel.

Warum ist das wichtig? Bei einem (NPN)-Bipolartransistor, der in seinem Sättigungsbereich arbeitet, ist der Emitter negativer als die Basis. Und wie das Modell, das besagt, dass sich Elektronen von negativ nach positiv bewegen, vorhersagt, bewegen sich Elektronen vom Emitter zur Basis. Bei einem gesättigten NPN-Transistor ist der Kollektor jedoch negativer als die Basis. Wenn das Modell, das besagt, dass Elektronen von negativ nach positiv fließen, vollkommen korrekt wäre, würden Elektronen nicht von der Basis zum Kollektor fließen. Und doch tun sie es! Elektronen werden in die positive Richtung eines elektrischen Feldes beschleunigt , können sich aber auch in die entgegengesetzte Richtung bewegen .