Электр тогунун аныктамасы
Жез сыяктуу өткөргүчтүн ичинде жогорку ылдамдыкта эркин жана туш келди кыймылдаган, бирок металлдан чыгып кетпеген электрондор бар. Эркин кыймылдай алган электрондор эркин электрондор деп аталат. Электрондор бардык багытта эркин кыймылдаганы менен, кандайдыр бир багытта электрондордун таза агымы болбойт. Бул шарт жез зымдын эки учунун ортосунда потенциалдар айырмасы жок болгондо пайда болот.
Зым электр булагына туташтырылганда, жез зымдын эки учунун ортосунда потенциалдар айырмасы пайда болот, ошентип, жез зымда электр талаасы пайда болот. Электр талаасынын болушу эркин электрондордун F = q E = e E электр күчүн сезишине алып келет , мында F = электр күчү, e = электрон заряды, E = электр талаасы . Электр күчү бардык эркин кыймылдаган электрондордун электр күчү менен бир багытта жалпы ылдамдануусуна алып келет.
Бул эркин электрондор чогуу кыймылдап, жез зымдагы кыймылсыз атомдордун ортосунда жайгашкан, бул бардык электрондордун бул атомдор менен кагылышуусуна алып келет. Бул кагылышуулар эркин электрондордун кыймыл багытын өзгөртөт. Бул электрондордун баары тынымсыз электр күчүнө дуушар болуп, алардын электр күчүнүн багыты менен бирдей ылдамдануусуна алып келет. Бир азга кыймылдагандан кийин, эркин электрондор кайрадан жез зымдагы атомдор менен кагылышат. Бирок, эркин электрондор ар дайым электр күчүнө дуушар болуп, бардык электрондордун кайрадан ылдамдануусуна алып келет.
Ошентип, ар кандай багыттар боюнча туш келди кыймылдоодон тышкары, бардык эркин электрондор электр күчүнүн багыты боюнча жана электр талаасынын карама-каршы багытында жай кыймылдашат. Электр талаасынын багыты жогорку электр потенциалынан төмөнкү электр потенциалына карай, ал эми электрондор төмөнкү потенциалдан жогорку потенциалга карай жылат. Ар бир эркин электрондун туш келди кыймылы абдан тез ылдамдыкка ээ, ал эми электр күчүнүн багыты боюнча эркин электрондордун жамааттык кыймылы абдан жай ылдамдыкка ээ. Эркин электрондордун электр күчүнүн багыты боюнча бул жамааттык кыймылы дрейф ылдамдыгы деп да аталат.
Электр тогу белгилүү бир убакыт аралыгында өткөргүчтүн кесилиши аркылуу электр зарядынын агымы катары аныкталат . Кадимки шартта, электр тогунун багыты оң заряддардын кыймыл багыты менен бирдей. Бул макулдашуу өткөргүчтө чындыгында кыймылдаган нерсе эркин, терс заряддуу электрондор экени белгилүү боло электе эле түзүлгөн. Өткөргүчтөгү электрондордун кыймыл багыты электр тогунун багытына карама-каршы келет. Ошондуктан, өткөргүчтө агып жаткан ток жөнүндө сөз болгондо, бул макулдашуунун натыйжасы болгондуктан, кадимки ток деп да аталган оң заряддардын агымы жөнүндө сөз болуп жатат.
Электр тогунун формуласы
Математикалык жактан алганда, электр тогу төмөнкү теңдеме менен туюнтулат:
I = ΔQ / Δt
Формуланын сүрөттөлүшү: I = электр тогу, ΔQ = электр зарядынын саны, Δt = убакыт аралыгы.
Электр тогунун бирдиги
Электр зарядынын бирдиги - Кулон, убакыттын бирдиги - секунд, ошондуктан электр тогунун бирдиги - Кулон/секунда. Кулон/секунда француз физиги Андре Мари Ампердин (1775-1836) атынан коюлган Ампер деп да аталат . 1 Ампер = 1 Кулон/секунда (1 А = 1 Кл/с). Башкача айтканда, 1 Ампер электр тогу зымдын кесилиш аянты аркылуу 1 секунда өткөн 1 Кулон электр зарядына барабар. Ампер менен туюнтуудан тышкары, электр тогу миллиампер (1 мА = 10 -3 А), микроампер (1 мкА = 10 -6 А), наноампер (1 нА = 10 -9 А) же пикоампер (1 пА = 10 -12 А) менен да туюнтулат.
1-мисал суроо:
Зым аркылуу 8 секунд бою 2 Ампер ток өтөт. Чекит аркылуу өткөн заряддын чоңдугун жана ал заряддагы электрондордун санын аныктагыла!
Талкуу
Белгилүү болгондой:
Электр тогу (I) = 1 Ампер
Убакыт аралыгы (t) = 2 секунд
Суроо берилди: заряд (Q) жана электрондордун саны (e)
Жооп:
Электр тогунун формуласы:
I = Q/t
Формуланын сүрөттөлүшү: I = электр тогу, Q = электр заряды, t = убакыт аралыгы
Электр заряды:
Q = I t = (2 Ампер)(8 секунд) = 16 Кулон.
Бир электрондун заряды 1,6 x 10 -19 Кулонго барабар, ошондуктан 16 Кулондун зарядында 16 C / 1,6 x 10 -19 Кулон = 10 x 10 19 электрон сыяктуу эле электрон бар.
Электр тогу, дрейф ылдамдыгы жана токтун тыгыздыгы
Кесилиш аянты А болгон өткөргүчтө электр талаасынын багыты боюнча v дрейф ылдамдыгы менен оңго карай кыймылдаган оң зарядды карап көрөлү. Оң заряд t убакыт аралыгында s = vt аралыкка жылат.
Эгерде көлөмдөгү заряддалган бөлүкчөлөрдүн саны (заряддалган бөлүкчөлөрдүн тыгыздыгы) n жана өткөргүчтүн көлөмү A s = A vt болсо, анда өткөргүчтүн көлөмүндөгү заряддалган бөлүкчөлөрдүн саны n A v t болот. Эгерде ар бир заряддалган бөлүкчөнүн заряды q болсо, анда t убакыт аралыгында өткөргүчтүн учунан өткөн заряддын саны Q = nq A v t болот. Демек, өткөргүчтүн учунан өткөн электр тогу I = Q/t = nq A v болот. Ал эми кесилиш аянтына туура келген токтун тыгыздыгы же ток J = I/A = nq v болот. Өткөргүчтө агып жаткан ток заряддалган бөлүкчөлөрдүн тыгыздыгынын (n), ар бир бөлүкчөнүн зарядынын чоңдугунун (q), өткөргүчтүн кесилиш аянтынын (A) жана заряддалган бөлүкчөлөрдүн дрейф ылдамдыгынын (v) көбөйтүлүшүнүн натыйжасы деген тыянак чыгарууга болот.
Ар бир заряддалган бөлүкчөнүн ылдамдыгы менен бардык заряддалган бөлүкчөлөрдүн дрейф ылдамдыгынын ортосундагы айырманы түшүнүү үчүн төмөнкү мисал маселесин изилдеңиз.
2-мисал суроо:
Кесилиш аянты 3 х 10 болгон жез зымда 10 Ампер туруктуу ток агат-6 m2Эркин электрондун тыгыздыгы 8,4 x 1028 электрон/м3Эркин электрондордун дрейф ылдамдыгын аныктагыла!
Талкуу
Белгилүү болгондой:
Электр тогу (I) = 10 Ампер
Зымдын кесилиш аянты (A) = 3 x 10-6 m2
Эркин электрондордун тыгыздыгы (n) = 8,4 x 1028 m-3
Электрондун заряды (q) = 1,6 x 10-19 C
Суроо берилди: Эркин электрондордун дрейф ылдамдыгы (v)
Жооп:
Электрондордун ылдамдыгы мурда алынган формула боюнча эсептелет:
Сүрөттөмө: I = электр тогу, n = заряддалган бөлүкчөлөрдүн тыгыздыгы = эркин электрондордун тыгыздыгы, q = бир электрондун заряды, A = өткөргүчтүн кесилиш аянты, v = электрондун дрейф ылдамдыгы
Электрондордун дрейф ылдамдыгы 0,248 x 10 -3 метр/секунда = 0,248 миллиметр/секунда.
Эркин электрондор зымда секундасына 0,248 миллиметр ылдамдыкта чогуу кыймылдашат. Башкача айтканда, ар бир секундада бардык эркин электрондор 0,248 миллиметр кыймылдашат. Бул абдан жай ылдамдык. Эгерде эркин электрондордун кыймылы ушунчалык жай болсо, эмне үчүн өчүргүч күйгүзүлгөндөн кийин электр жарыгы дароо күйөт?
Муну түшүнүү үчүн, өткөргүчтөгү электрондордун агымын шлангдагы суунун агымы катары караңыз. Эгерде шланг сууга толгон болсо, анда шлангдын бир учу кранга туташтырылган болсо, экинчи учунан суу дароо агып чыгат. Ошо сыяктуу эле, жез зымда жана лампочка зымында эркин электрондор бар. Коммутатор күйгүзүлгөндө, жарыктын ылдамдыгына жакын ылдамдыктагы электр талаасы пайда болот (жарыктын ылдамдыгы = 3 x 108 метр /секунда), бул эркин электрондордун дароо чогуу кыймылдай башташына алып келет. Лампочка зымында мурунтан эле эркин электрондор бар, ошондуктан лампочка дароо күйөт.
