Definysje fan elektryske stroom
Yn in geleider lykas koper binne der elektroanen dy't willekeurich mei hege snelheid frij bewege, mar net ûntkomme oan it metaal. Elektroanen dy't frij bewege kinne wurde frije elektroanen neamd. Hoewol't de elektroanen frij yn alle rjochtingen bewege, is der gjin totale stream fan elektroanen yn in bepaalde rjochting. Dizze tastân komt foar as der gjin potinsjaalferskil 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, sadat in elektrysk fjild yn 'e kopertried ûntstiet. It bestean fan in elektrysk fjild soarget derfoar dat frije elektroanen de elektryske krêft F = q E = e E ûnderfine, wêrby't F = elektryske krêft , e = elektronlading, E = elektrysk fjild . Dizze elektryske krêft soarget derfoar dat alle elektroanen dy't frij bewege tegearre fersnelle, wat deselde rjochting is as de elektryske krêft.
De frije elektroanen dy't byinoar bewege binne tusken de atomen dy't yn 'e kopertried oerbliuwe, sadat alle elektroanen mei de atomen botsje. De botsing feroarsaket dat de rjochting fan 'e frije elektroanen feroaret. Al dizze elektroanen ûnderfine altyd in elektryske krêft, sadat alle elektroanen yn deselde rjochting fersneld wurde as de rjochting fan 'e elektryske krêft. Nei in momint fan beweging botsje frije elektroanen mei atomen yn kopertried. Mar frije elektroanen ûnderfine altyd in elektryske krêft, sadat alle elektroanen wer fersneld wurde. Dus neist it willekeurich bewegen yn ferskate rjochtingen, bewege alle frije elektroanen ek stadich byinoar yn 'e rjochting fan 'e elektryske krêft en yn 'e tsjinoerstelde rjochting fan it elektryske fjild. De rjochting fan it elektryske fjild is fan in hege elektryske potinsjeel nei in lege elektryske potinsjeel, wylst de elektroanen fan in lege potinsjeel nei in hege potinsjeel bewege. De willekeurige beweging fan elk frij elektron hat in heul hege snelheid, wylst de beweging mei frije elektroanen yn 'e rjochting fan' e elektryske krêft in heul stadige snelheid hat. Dizze beweging mei 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 dwersdoorsnede fan in geleider yn in bepaald tiidsynterval. Neffens de oerienkomst is de rjochting fan 'e elektryske stroom itselde as de rjochting fan 'e positive lading. Dizze oerienkomst waard makke foardat it bekend wie dat wat eins yn in geleider beweecht de negatyf laden frije elektroanen binne. De rjochting fan 'e beweging fan elektroanen yn 'e geleider is tsjinoersteld oan 'e rjochting fan 'e elektryske stroom. Dus as wy prate oer de stroom dy't yn 'e geleider streamt, wurdt bedoeld de stream fan positive lading, dy't ek wol konvinsjonele stroom neamd wurdt, om't it it resultaat is fan in oerienkomst.
De fergeliking fan elektryske stroom
Wiskundich wurdt elektryske stroom útdrukt troch de fergeliking:
Ik = ΔQ / Δt
I = elektryske stroom, ΔQ = hoemannichte elektryske lading, Δt = tiidsynterval.
Ienheid fan elektryske stroom
De ienheid fan elektryske lading is Coulomb, de ienheid fan tiid is sekonde, dus de ienheid fan elektryske stroom is Coulomb/sekonde. Coulomb/sekonde wurdt ek wol Ampère neamd, de namme fan 'e 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 dat se útdrukt wurde yn Ampère, wurde elektryske streamingen 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 ).
Foarbyldprobleem 1:
In stroom fan 2 Ampère streamt 8 sekonden troch de tried. Bepale de hoemannichte lading dy't troch in punt giet en it oantal elektroanen yn dy lading!
Bekend:
Elektryske stroom (I) = 1 Ampère
Tiidsynterval (t) = 2 sekonden
Winske: lading (Q) en oantal elektroanen (e)
Oplossing:
Fergeliking fan elektryske stroom:
Ik = Q/t
I = elektryske stroom, Q = elektryske lading, t = tiidsynterval
Elektryske lading:
Q = I t = (2 Ampère)(8 sekonden) = 16 C.
De lading fan ien elektron is 1.6 x 10-19 Coulomb , dus de lading fan 16 Coulombs hat likefolle elektroanen as 16 C / 1.6 x 10-19 Coulomb = 10 x 10-19 elektroanen.
Elektryske stroom, driftsnelheid en stroomtichtens
Besjoch de positive lading dy't mei de snelheid rjochts beweecht, en driuwt v yn 'e rjochting fan it elektryske fjild E
op in geleider dy't in dwersdoorsnede A hat. Positive lading beweecht him sa fier as s = vt tidens it tiidsynterval t.
As it oantal laden dieltsjes per folume (tichtens fan laden dieltsjes) 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 tidens it ynterval t Q = nq A v t. Dat betsjut dat de elektryske stroom dy't troch de punt fan 'e geleider streamt I = Q / t = nq A v. Wylst de stroomtichtens of stroom per dwersdoorsnede A J = I / A = nq v is.
It kin konkludearre wurde dat de stroom dy't yn 'e geleider streamt it produkt is fan 'e fermannichfâldiging fan 'e tichtheid fan 'e laden dieltsjes (n),
de hoemannichte lading foar elk dieltsje (q), it gebiet fan 'e geleider (A) en de snelheid fan laden dieltsjes (v).
Bestudearje de folgjende foarbyldfragen.
Foarbyldprobleem 2:
In koperen tried mei in dwerstrochsneed fan 3 x 10⁻⁶ m² streamt in konstante stroom fan 10 ampère . De tichtens fan frije elektronen is 8.4 x 10⁻² elektroanen/m³ . Bepale de snelheid fan 'e drift fan frije elektronen!
Bekend:
Elektryske stroom (I) = 10 Ampère
Trieddwarsdoorsnede (A) = 3 x 10-6 m²
Frije elektrondichtheid (n) = 8.4 x 10^ 28 m -3
Elektronlading (q) = 1.6 x 10-19 C
Winske: Snelheid fan frije elektrondrift (v)
Oplossing:
De snelheid fan elektroanen wurdt berekkene mei in formule dy't earder ôflaat is:
I = elektryske stroom, n = tichtheid fan laden dieltsjes = elektrondichtheid, q = ien elektronlading, A = dwersdoorsnede fan geleider, v = snelheid fan elektrondrift
De snelheid fan elektrondrift is 0.248 x 10-3 meter /sekonde = 0.248 millimeter/sekonde.
Frije elektroanen bewege tegearre yn in tried mei snelheden fan 0.248 millimeter per sekonde. Mei oare wurden, elke sekonde bewege alle frije elektroanen oant 0.248 millimeter. Dit is in tige stadige snelheid. As de beweging fan frije elektroanen tige stadich is, wêrom giet it elektryske ljocht dan direkt oan nei't de skeakel oanset is?
Om dit te begripen, streame elektroanen yn 'e geleider lykas de stream fan wetter yn 'e slang. As de slang fol is mei wetter, en as ien ein fan 'e slang ferbûn is mei de kraan, streamt it wetter fuortendaliks út it iene ein fan 'e oare slang. Likegoed binne der frije elektroanen yn 'e koperen tried en gloeilamptried. As de skeakel oanset wurdt, ûntstiet in elektrysk fjild mei in snelheid dy't de ljochtsnelheid benaderet (ljochtsnelheid = 3 x 108 meter /sekonde), wêrtroch't frije elektroanen op dat stuit tegearre begjinne te bewegen. Der binne al frije elektroanen yn 'e gloeilamptried, sadat it ljocht op dat krekte momint oan is.
Problemen en oplossings
1. In tried is der in konstante stroom fan 10 A dy't 2 minuten lang trochrint. Hoefolle fan 'e lading giet der troch de geleider op hokker lokaasje dan ek?
Bekend:
Elektryske stroom (I) = 10 A
Tiidsynterval (t) = 2 minuten = 2 x 60 sekonden = 120 sekonden
Socht: Lading (Q)
Oplossing:
Fergeliking fan 'e elektryske stroom:
Ik = q/t
I = de elektryske stroom, q = de elektryske lading, t = it tiidsynterval
De elektryske lading:
Q = I t = (10)(120) = 1200 C
2. 60 C lading giet 5 minuten lang foarby in punt yn it circuit. Wat is de elektryske stroom?
Bekend:
It tiidsynterval (t) = 5 minuten = 5 x 60 sekonden = 300 sekonden
De elektryske lading (Q) = 60 C
Winske: De elektryske stroom (I)
Oplossing:
De elektryske stroom:
Ik = Q/t
Ik = 60 / 300
I = 0.2 Coulombs/sekonde
I = 0.2 Ampère
3. De ienheid fan elektryske stroom yn it SI-systeem is…
Oplossing
Coulombs/sekonde
Coulombs/sekonden, krigen in spesjale namme, de Ampère.
