Definisyon kouran elektrik
Anndan yon kondiktè tankou kwiv, gen elektwon ki deplase lib e owaza nan gwo vitès men ki pa chape soti nan metal la. Elektwon ki ka deplase lib yo rele elektwon lib. Malgre ke elektwon yo deplase lib nan tout direksyon, pa gen okenn koule nèt elektwon nan okenn direksyon patikilye. Kondisyon sa a rive lè pa gen okenn diferans potansyèl ant de bout fil kwiv la.
Lè fil la konekte ak yon sous elektrik, yon diferans potansyèl rive ant de bout fil kwiv la, sa kreye yon chan elektrik nan fil kwiv la. Prezans yon chan elektrik lakòz elektwon lib yo sibi yon fòs elektrik F = q E = e E, kote F = fòs elektrik, e = chaj elektwon, E = chan elektrik . Fòs elektrik la lakòz tout elektwon k ap deplase lib yo sibi yon akselerasyon komen nan menm direksyon ak fòs elektrik la.
Elektwon lib sa yo, k ap deplase ansanm, sitiye ant atòm estasyonè ki nan fil kwiv la, sa ki lakòz tout elektwon yo fè kolizyon ak atòm sa yo. Kolizyon sa yo lakòz elektwon lib yo chanje direksyon mouvman yo. Tout elektwon sa yo toujou sibi yon fòs elektrik, sa ki lakòz yo akselere nan menm direksyon ak fòs elektrik la. Apre yo fin deplase pou yon ti moman, elektwon lib yo fè kolizyon ankò ak atòm ki nan fil kwiv la. Sepandan, elektwon lib yo toujou sibi yon fòs elektrik, sa ki lakòz tout elektwon yo akselere ankò.
Kidonk, anplis de deplase owaza nan divès direksyon, tout elektwon lib yo deplase ansanm tou dousman nan direksyon fòs elektrik la ak nan direksyon opoze chan elektrik la. Direksyon chan elektrik la soti nan yon potansyèl elektrik ki wo rive nan yon potansyèl elektrik ki ba, pandan elektwon yo deplase soti nan yon potansyèl ki ba rive nan yon potansyèl ki wo. Mouvman owaza chak elektwon lib gen yon vitès trè rapid, pandan ke mouvman kolektif elektwon lib yo nan direksyon fòs elektrik la gen yon vitès trè dousman. Mouvman kolektif elektwon lib yo nan direksyon fòs elektrik la rele tou vitès derive.
Kouran elektrik defini kòm koule chaj elektrik atravè yon seksyon kwa yon kondiktè sou yon entèval tan espesifik. Pa konvansyon, direksyon kouran elektrik la se menm ak direksyon mouvman chaj pozitif yo. Akò sa a te fèt anvan yo te konnen ke sa ki aktyèlman deplase nan yon kondiktè se elektwon lib, ki chaje negatif. Direksyon mouvman elektwon nan yon kondiktè se opoze ak direksyon kouran elektrik la. Se poutèt sa, lè n ap pale de kouran k ap koule nan yon kondiktè, sa n ap vle di se koule chaj pozitif yo, ke yo rele tou kouran konvansyonèl paske li se rezilta akò sa a.
Fòmil kouran elektrik
Matematikman, kouran elektrik la eksprime pa ekwasyon sa a:
Mwen = ΔQ / Δt
Deskripsyon fòmil: I = kouran elektrik, ΔQ = kantite chaj elektrik, Δt = entèval tan.
Inite kouran elektrik
Inite chaj elektrik la se Koulomb, inite tan an se segonn, kidonk inite kouran elektrik la se Koulomb/segond. Koulomb/segond yo rele l tou Ampè , non li pote non fizisyen franse a, Andre Marie Ampè (1775-1836). 1 Ampè = 1 Koulomb/segond (1 A = 1 C/s). Nan lòt mo, yon kouran elektrik 1 Ampè egal a yon chaj elektrik 1 Koulomb ki pase nan yon seksyon fil pandan 1 segonn. Anplis yo eksprime li an Ampè, yo eksprime kouran elektrik tou an miliampè (1 mA = 10-3 A ), mikwoampè (1 μA = 10-6 A ), nanoampè (1 nA = 10-9 A ) oswa pikoampè (1 pA = 10-12 A).
Egzanp kesyon 1:
Yon kouran 2 Ampè ap koule nan yon fil pandan 8 segonn. Detèmine mayitid chaj ki pase nan yon pwen ak kantite elektwon ki nan chaj sa a!
Pembahasan
Li konnen ke:
Kouran elektrik (I) = 1 Ampè
Entèval tan (t) = 2 segonn
Mande: chaj (Q) ak kantite elektwon (e)
Repons:
Fòmil kouran elektrik:
mwen = Q/t
Deskripsyon fòmil: I = kouran elektrik, Q = chaj elektrik, t = entèval tan
Chaj elektrik:
Q = I t = (2 Ampè)(8 segonn) = 16 Koulomb.
Chaj yon elektwon se 1,6 x 10 -19 Coulombs kidonk yon chaj 16 Coulombs gen otan elektwon ke 16 C / 1,6 x 10 -19 Coulombs = 10 x 10 19 elektwon.
Kouran elektrik, vitès derive ak dansite kouran
Konsidere yon chaj pozitif k ap deplase adwat ak yon vitès derive v nan direksyon yon chan elektrik E nan yon kondiktè ki gen yon sifas seksyonèl A. Chaj pozitif la deplase yon distans s = vt pandan yon entèval tan t.
Si kantite patikil chaje pou chak volim (dansite patikil chaje) se n epi volim kondiktè a se A s = A vt, alò kantite patikil chaje nan volim kondiktè a se n A v t. Si chak patikil chaje gen yon chaj q, alò kantite chaj ki pase nan bout kondiktè a pandan entèval tan t a se Q = nq A v t. Kidonk kouran elektrik k ap koule nan bout kondiktè a se I = Q/t = nq A v. Pandan ke dansite kouran an oswa kouran pou chak sifas seksyonèl A se J = I/A = nq v. Nou ka konkli ke kouran k ap koule nan kondiktè a se rezilta miltiplikasyon dansite patikil chaje yo (n), mayitid chaj chak patikil (q), sifas seksyonèl kondiktè a (A) ak vitès derive patikil chaje yo (v).
Etidye pwoblèm egzanp sa a pou w konprann diferans ki genyen ant vitès chak patikil chaje ak vitès deplasman tout patikil chaje yo.
Egzanp kesyon 2:
Yon kouran konstan 10 Ampè ap koule nan yon fil kwiv ki gen yon sifas seksyonèl 3 x 10-6 m2Dansite elektwon lib la se 8,4 x 1028 elektwon/m3Detèmine vitès derive elektwon lib yo!
Pembahasan
Li konnen ke:
Kouran elektrik (I) = 10 Ampè
Sifas seksyonèl fil la (A) = 3 x 10-6 m2
Dansite elektwon lib (n) = 8,4 x 1028 m-3
Chaj elektwon (q) = 1,6 x 10-19 C
Mande: Vitès derive elektwon lib (v)
Repons:
Yo kalkile vitès elektwon yo lè l sèvi avèk fòmil ki te deja sòti a:
Deskripsyon: I = kouran elektrik, n = dansite patikil chaje = dansite elektwon lib yo, q = chaj yon elektwon, A = sifas seksyonèl kondiktè a, v = vitès derive elektwon an
Vitès derive elektwon an se 0,248 x 10 -3 mèt/segond = 0,248 milimèt/segond.
Elektwon lib yo deplase ansanm nan yon fil ak yon vitès 0,248 milimèt pa segonn. Nan lòt mo, chak segonn tout elektwon lib yo deplase 0,248 milimèt. Sa a se yon vitès ki trè dousman. Si mouvman elektwon lib yo tèlman dousman, poukisa yon limyè elektrik limen imedyatman apre yo fin limen switch la?
Pou konprann sa, konsidere koule elektwon nan yon kondiktè kòm koule dlo nan yon tiyo. Si tiyo a plen ak dlo, alò si yon bout tiyo a konekte ak yon wobinèt, dlo ap koule imedyatman soti nan lòt bout la. Menm jan an tou, gen elektwon lib nan fil kwiv la ak fil anpoul la. Lè yo limen switch la, yon chan elektrik pwodui ak yon vitès ki apwoche vitès limyè a (vitès limyè = 3 x 108 mèt /segond), sa ki lakòz elektwon lib yo kòmanse deplase ansanm imedyatman. Gen deja elektwon lib nan fil anpoul la, kidonk anpoul la limen imedyatman.
