Definisyon kouran elektrik
Nan yon kondiktè tankou kwiv, gen elektwon ki deplase owaza ak gwo vitès lib 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 total elektwon nan yon 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 ki fè yon chan elektrik parèt andedan fil kwiv la. Egzistans yon chan elektrik lakòz elektwon lib yo sibi fòs elektrik F = q E = e E, kote F = fòs elektrik , e = chaj elektwon, E = chan elektrik . Fòs elektrik sa a lakòz tout elektwon k ap deplase lib yo akselere ansanm, ki se menm direksyon ak fòs elektrik la.
Elektwon lib ki deplase ansanm yo sitiye ant atòm ki rete nan fil kwiv la, sa ki fè tout elektwon yo fè kolizyon ak atòm yo. Kolizyon an lakòz direksyon elektwon lib yo chanje. Tout elektwon sa yo toujou fè eksperyans yon fòs elektrik, sa ki fè tout elektwon yo akselere nan menm direksyon ak direksyon fòs elektrik la. Apre yo fin deplase pou yon ti moman, elektwon lib yo fè kolizyon ak atòm nan fil kwiv la. Men, elektwon lib yo toujou fè eksperyans yon fòs elektrik, sa ki fè tout elektwon yo akselere ankò. Donk, anplis deplase owaza nan divès direksyon, tout elektwon lib yo deplase tou dousman ansanm nan direksyon fòs elektrik la epi nan direksyon opoze a chan elektrik la. Direksyon chan elektrik la soti nan yon potansyèl elektrik ki wo rive nan yon potansyèl elektrik ki ba, pandan ke 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 ak elektwon lib nan direksyon fòs elektrik la gen yon vitès trè dousman. Mouvman sa a ak elektwon lib nan direksyon fòs elektrik la rele tou vitès derive.
Kouran elektrik defini kòm koule chaj elektrik nan yon seksyon kwa yon kondiktè pandan yon sèten entèval tan. Dapre akò a, direksyon kouran elektrik la se menm ak direksyon chaj pozitif la. 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 yo nan kondiktè a se opoze ak direksyon kouran elektrik la. Donk, si nou pale de kouran k ap koule nan kondiktè a, sa nou vle di se koule chaj pozitif la, ke yo rele tou kouran konvansyonèl paske li se rezilta yon akò.
Ekwasyon kouran elektrik la
Matematikman, kouran elektrik la eksprime pa ekwasyon sa a:
Mwen = ΔQ / Δt
I = kouran elektrik, ΔQ = kantite chaj elektrik, Δt = entèval tan.
Inite kouran elektrik
Inite chaj elektrik la se Coulomb, inite tan an se segonn, kidonk inite kouran elektrik la se Coulomb/segond. Coulomb/segond yo rele l tou Ampè, non fizisyen franse Andre Marie Ampère (1775-1836). 1 Ampè = 1 Coulomb/segond (1 A = 1 C/s). Nan lòt mo, yon kouran elektrik 1 Ampè egal a yon chaj elektrik 1 Coulomb ki pase nan yon seksyon fil pandan 1 segonn. Anplis yo eksprime l an Ampè, kouran elektrik yo eksprime tou an miliampè (1 mA = 10 -3 A), mikwoampè (1 μA = 10 -6 A), nano ampè (1 nA = 10-9 A) oswa pikoampè (1 pA = 10 -12 A).
Pwoblèm echantiyon 1:
Yon kouran 2 Ampè ap koule nan fil la pandan 8 segonn. Detèmine kantite chaj ki pase nan yon pwen ak kantite elektwon ki nan chaj sa a!
Konnen:
Kouran elektrik (I) = 1 Ampè
Entèval tan (t) = 2 segonn
Rechèch: chaj (Q) ak kantite elektwon (e)
Solisyon:
Ekwasyon kouran elektrik:
mwen = Q/t
I = kouran elektrik, Q = chaj elektrik, t = entèval tan
Chaj elektrik:
Q = I t = (2 Ampè)(8 segonn) = 16 C.
Chaj yon elektwon se 1.6 x 10 -19 Coulomb, kidonk chaj 16 Coulomb gen otan elektwon ke 16 C / 1.6 x 10 -19 Coulomb = 10 x 10 19 elektwon.
Kouran elektrik, vitès derive, ak dansite kouran
Revize chaj pozitif la k ap deplase adwat ak vitès la, k ap derive v nan direksyon chan elektrik E a.
sou yon kondiktè ki gen yon sifas seksyonèl A. Chaj pozitif deplase osi lwen ke s = vt pandan entèval tan t la.
Si kantite patikil chaje pa volim (dansite patikil chaje yo) se n epi volim kondiktè a se A s = A vt,
Lè sa a, 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 t a se Q = nq A v t. Kidonk, kouran elektrik ki koule nan pwent kondiktè a se I = Q / t = nq A v. Alòske 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 pwodwi miltiplikasyon dansite patikil chaje yo (n),
kantite chaj pou chak patikil (q), sifas kondiktè a (A) ak vitès patikil chaje yo (v).
Etidye kesyon egzanp sa yo.
Pwoblèm echantiyon 2:
Yon kouran konstan 10 ampè ap koule nan yon fil kwiv ki gen yon sifas seksyonèl 3 x 10⁻⁶ m² . Dansite elektwon lib la se 8.4 x 10⁻² elektwon/m³ . Detèmine vitès deplasman elektwon lib yo!
Konnen:
Kouran elektrik (I) = 10 Ampè
Sifas seksyonèl fil la (A) = 3 x 10 -6 m 2
Dansite elektwon lib ( n) = 8.4 x 10²⁸ m⁻³
Chaj elektwon (q) = 1.6 x 10 -19 C
Rechèch: Vitès derive elektwon lib (v)
Solisyon:
Yo kalkile vitès elektwon yo lè l sèvi avèk yon fòmil ki te deja derive anvan:
Mwen = kouran elektrik, n = dansite patikil chaje = dansite elektwon, 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 nan vitès 0.248 milimèt pa segonn. Nan lòt mo, chak segonn, tout elektwon lib yo deplase jiska 0.248 milimèt. Sa a se yon vitès ki trè dousman. Si mouvman elektwon lib yo trè dousman, poukisa limyè elektrik la limen imedyatman apre yo fin limen switch la?
Pou konprann sa, elektwon yo koule nan kondiktè a tankou dlo k ap koule andedan tiyo a. Si tiyo a plen ak dlo, si yon bout tiyo a konekte ak wobinèt la, dlo a ap koule imedyatman soti nan yon bout lòt tiyo a. Menm jan an tou, gen elektwon lib nan fil kwiv la ak fil anpoul la. Lè yo limen switch la, yon chan elektrik fòme ak yon vitès ki apwoche vitès limyè a (vitès limyè = 3 x 108 mèt /segond), sa ki lakòz elektwon lib yo kòmanse deplase ansanm nan moman sa a. Gen deja elektwon lib nan fil anpoul la, kidonk limyè a limen nan moman sa a menm.
Pwoblèm ak solisyon yo
1. Yon kouran fiks 10 A egziste nan yon fil pandan 2 minit. Konbyen chaj ki pase nan kondiktè a nan nenpòt kote.
Li te ye:
Kouran elektrik (I) = 10 A
Entèval tan (t) = 2 minit = 2 x 60 segonn = 120 segonn
Rechèch: Chaj (Q)
Solisyon:
Ekwasyon kouran elektrik la:
Mwen = q/t
I = kouran elektrik la, q = chaj elektrik la, t = entèval tan an
Chaj elektrik la:
Q = I t = (10)(120) = 1200 C
2. 60 C chaj pase nan yon pwen nan sikwi a pandan 5 minit. Ki kouran elektrik la ye?
Li te ye:
Entèval tan an (t) = 5 minit = 5 x 60 segonn = 300 segonn
Chaj elektrik la (Q) = 60 C
Rechèch: Kouran elektrik la (I)
Solisyon:
Kouran elektrik la:
mwen = Q/t
Mwen = 60 / 300
Mwen = 0.2 Koulomb/segond
Mwen = 0.2 Ampè
3. Inite kouran elektrik nan sistèm SI a se…
Solisyon
Koulomb/segond
Koulomb/segond, yo bay yon non espesyal, Ampè a.
