Definysje fan elektryske stroom
Binnen in geleider lykas koper binne der elektroanen dy't frij en willekeurich mei hege snelheden bewege, mar net ûntkomme oan it metaal. Elektroanen dy't frij bewege kinne wurde frije elektroanen neamd. Hoewol elektroanen frij yn alle rjochtingen bewege, is der gjin netto stream fan elektroanen yn in bepaalde rjochting. Dizze tastân komt foar as der gjin potinsjaal ferskil is tusken de twa úteinen fan 'e kopertried.
As de tried ferbûn is mei in elektryske boarne, ûntstiet der in potinsjaal ferskil tusken de twa úteinen fan 'e kopertried, wêrtroch't in elektrysk fjild yn 'e kopertried ûntstiet. De oanwêzigens fan in elektrysk fjild soarget derfoar dat frije elektroanen in elektryske krêft ûnderfine F = q E = e E, wêrby't F = elektryske krêft, e = elektronlading, E = elektrysk fjild . De elektryske krêft soarget derfoar dat alle frij bewegende elektroanen in mienskiplike fersnelling ûnderfine yn deselde rjochting as de elektryske krêft.
Dizze frije elektroanen, dy't tegearre bewege, lizze tusken de stilsteande atomen yn 'e kopertried, wêrtroch't alle elektroanen mei dizze atomen botsje. Dizze botsingen feroarsaakje dat de frije elektroanen har rjochting fan beweging feroarje. Al dizze elektroanen wurde konstant ûnderwurpen oan in elektryske krêft, wêrtroch't se yn deselde rjochting fersnelle as de elektryske krêft. Nei't se in momint bewege hawwe, botsje de frije elektroanen wer mei de atomen yn 'e kopertried. De frije elektroanen wurde lykwols altyd ûnderwurpen oan in elektryske krêft, wêrtroch't alle elektroanen wer fersnelle.
Dus, neist it willekeurich bewegen yn ferskate rjochtingen, bewege alle frije elektroanen ek stadich tegearre yn 'e rjochting fan' e elektryske krêft en yn 'e tsjinoerstelde rjochting fan it elektrysk fjild. De rjochting fan it elektryske fjild is fan hege elektryske potinsjeel nei lege elektryske potinsjeel, wylst de elektroanen fan lege potinsjeel nei hege potinsjeel bewege. De willekeurige beweging fan elk frij elektron hat in heul hege snelheid, wylst de kollektive beweging fan 'e frije elektroanen yn' e rjochting fan 'e elektryske krêft in heul stadige snelheid hat. Dizze kollektive beweging fan 'e frije elektroanen yn' e rjochting fan 'e elektryske krêft wurdt ek wol driftsnelheid neamd.
Elektryske stroom wurdt definiearre as de stream fan elektryske lading troch in dwerstrochsneed fan in geleider oer in spesifyk tiidsynterval. Neffens konvinsje is de rjochting fan elektryske stroom itselde as de bewegingsrjochting fan positive ladingen. Dizze oerienkomst waard makke foardat it bekend wie dat wat eins yn in geleider beweecht frije, negatyf laden elektroanen binne. De rjochting fan elektronbeweging yn in geleider is tsjinoerstelde oan de rjochting fan elektryske stroom. Dêrom, as wy prate oer de stroom dy't yn in geleider streamt, wurdt bedoeld de stream fan positive ladingen, ek wol bekend as konvinsjonele stroom, om't it it resultaat is fan dizze oerienkomst.
Formule foar elektryske stroom
Wiskundich wurdt elektryske stroom útdrukt troch de fergeliking:
Ik = ΔQ / Δt
Formulebeskriuwing: I = elektryske stroom, ΔQ = hoemannichte elektryske lading, Δt = tiidsynterval.
Ienheid fan elektryske stroom
De ienheid fan elektryske lading is de Coulomb, de ienheid fan tiid is de sekonde, dus de ienheid fan elektryske stroom is de Coulomb/sekonde. Coulomb/sekonde wurdt ek wol Ampère neamd , neamd nei de Frânske natuerkundige, André Marie Ampère (1775-1836). 1 Ampère = 1 Coulomb/sekonde (1 A = 1 C/s). Mei oare wurden, in elektryske stroom fan 1 Ampère is gelyk oan in elektryske lading fan 1 Coulomb dy't 1 sekonde troch in dwersdoorsnede fan tried giet. Neist it útdrukt wurde yn Ampère, wurdt elektryske stroom ek útdrukt yn milliampère (1 mA = 10-3 A ), mikroampère (1 μA = 10-6 A), nanoampère (1 nA = 10-9 A ) of picoampère (1 pA = 10-12 A).
Foarbyldfraach 1:
In stroom fan 2 Ampère streamt 8 sekonden troch in tried. Bepale de grutte fan 'e lading dy't troch in punt giet en it oantal elektroanen yn dy lading!
Diskusje
It is bekend dat:
Elektryske stroom (I) = 1 Ampère
Tiidsynterval (t) = 2 sekonden
Frege: lading (Q) en oantal elektroanen (e)
Antwurd:
Formule foar elektryske stroom:
Ik = Q/t
Formulebeskriuwing: I = elektryske stroom, Q = elektryske lading, t = tiidsynterval
Elektryske lading:
Q = I t = (2 Ampère)(8 sekonden) = 16 Coulomb.
De lading fan ien elektron is 1,6 x 10⁻⁶ Coulombs , dus in lading fan 16 Coulombs hat likefolle elektroanen as 16 C / 1,6 x 10⁻⁶ Coulombs = 10 x 10⁻⁶ elektroanen.
Elektryske stroom, driftsnelheid en stroomtichtens
Beskôgje in positive lading dy't nei rjochts beweecht mei driftsnelheid v yn 'e rjochting fan in elektrysk fjild E yn in geleider mei dwersdoorsnede A. De positive lading beweecht in ôfstân s = vt tidens in tiidsynterval t.
As it oantal laden dieltsjes per folume (laden dieltsjetichtens) n is en it folume fan 'e geleider A s = A vt is, dan is it oantal laden dieltsjes yn it folume fan 'e geleider n A v t. As elk laden dieltsje in lading fan q hat, dan is de hoemannichte lading dy't troch it ein fan 'e geleider giet yn it tiidsynterval t Q = nq A v t. Dat de elektryske stroom dy't troch it ein fan 'e geleider streamt is I = Q/t = nq A v. Wylst de stroomtichtens of stroom per dwerssnit A J = I/A = nq v is. Der kin konkludearre wurde dat de stroom dy't yn 'e geleider streamt it resultaat is fan 'e fermannichfâldiging fan 'e tichtens fan laden dieltsjes (n), de grutte fan 'e lading fan elk dieltsje (q), it dwerssnit fan 'e geleider (A) en de driftsnelheid fan 'e laden dieltsjes (v).
Bestudearje it folgjende foarbyldprobleem om it ferskil te begripen tusken de snelheid fan elk laden dieltsje en de driftsnelheid fan alle laden dieltsjes.
Foarbyldfraach 2:
In koperen tried mei in dwerstrochsneed fan 3 x 10 streamt in konstante stroom fan 10 ampère.-6 m2De tichtens fan frije elektronen is 8,4 x 1028 elektroanen/m3Bepale de driftsnelheid fan 'e frije elektroanen!
Diskusje
It is bekend dat:
Elektryske stroom (I) = 10 Ampère
Trieddwarsdoorsnede (A) = 3 x 10-6 m2
Frije elektrondichtheid (n) = 8,4 x 1028 m-3
Elektronlading (q) = 1,6 x 10-19 C
Frege: Driftsnelheid fan frije elektronen (v)
Antwurd:
De snelheid fan elektroanen wurdt berekkene mei de earder ôflaatte formule:
Beskriuwing: I = elektryske stroom, n = tichtens fan laden dieltsjes = tichtens fan frije elektroanen, q = lading fan ien elektron, A = dwerstrochsneedgebiet fan 'e geleider, v = driftsnelheid fan elektronen
De driftsnelheid fan it elektron is 0,248 x 10-3 meter /sekonde = 0,248 millimeter/sekonde.
Frije elektroanen bewege tegearre yn in tried mei in snelheid fan 0,248 millimeter per sekonde. Mei oare wurden, elke sekonde bewege alle frije elektroanen 0,248 millimeter. Dit is in tige stadige snelheid. As de beweging fan frije elektroanen sa stadich is, wêrom giet in elektrysk ljocht dan fuortendaliks oan nei't de skeakel oanset is?
Om dit te begripen, beskôgje de stream fan elektroanen yn in geleider as de stream fan wetter yn in slang. As de slang fol is mei wetter, dan sil wetter direkt út it oare ein streame as it iene ein fan 'e slang ferbûn is mei in kraan. Op deselde wize binne der frije elektroanen yn 'e koperen tried en de tried fan 'e gloeilampe. As de skeakel oanset wurdt, wurdt in elektrysk fjild generearre mei in snelheid dy't de ljochtsnelheid benaderet (ljochtsnelheid = 3 x 108 meter /sekonde), wêrtroch't de frije elektroanen direkt nei elkoar begjinne te bewegen. Der binne al frije elektroanen yn 'e tried fan 'e gloeilampe, dus de gloeilampe giet direkt oan.
