Электр тогунун аныктамасы
Жез сыяктуу өткөргүчтө эркин, жогорку ылдамдыкта туш келди кыймылдаган, бирок металлдан чыгып кетпеген электрондор бар. Эркин кыймылдай алган электрондор эркин электрондор деп аталат. Электрондор бардык багытта эркин кыймылдаганы менен, белгилүү бир багытта электрондордун жалпы 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, ошондуктан жез зымдын ичинде 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 . Бул электр күчү эркин кыймылдаган бардык электрондордун чогуу ылдамданышына алып келет, бул электр күчүнүн багыты менен бирдей.
Бирге кыймылдаган эркин электрондор жез зымда калган атомдордун ортосунда болот, ошондуктан бардык электрондор атомдор менен кагылышат. Кагылышуу эркин электрондордун багытынын өзгөрүшүнө алып келет. Бул электрондордун баары ар дайым электр күчүн сезишет, ошондуктан бардык электрондор электр күчүнүн багыты менен бир багытта ылдамданышат. Бир азга кыймылдагандан кийин, эркин электрондор жез зымдагы атомдор менен кагылышат. Бирок эркин электрондор ар дайым электр күчүн сезишет, ошондуктан бардык электрондор кайрадан ылдамданышат. Ошентип, ар кандай багыттар боюнча туш келди кыймылдоодон тышкары, бардык эркин электрондор электр күчүнүн багыты боюнча жана электр талаасына карама-каршы багытта жай кыймылдашат. Электр талаасынын багыты жогорку электр потенциалынан төмөнкү электр потенциалына чейин, ал эми электрондор төмөнкү потенциалдан жогорку потенциалга чейин жылышат. Ар бир эркин электрондун туш келди кыймылы абдан тез ылдамдыкка ээ, ал эми электр күчүнүн багыты боюнча эркин электрондор менен кыймыл абдан жай ылдамдыкка ээ. Электр күчүнүн багыты боюнча эркин электрондор менен болгон бул кыймыл дрейф ылдамдыгы деп да аталат.
Электр тогу белгилүү бир убакыт аралыгында өткөргүчтүн кесилиши аркылуу электр зарядынын агымы катары аныкталат. Келишимге ылайык, электр тогунун багыты оң заряддын багыты менен бирдей. Бул келишим өткөргүчтө чындыгында кыймылдаган нерсе терс заряддалган эркин электрондор экени белгилүү боло электе эле түзүлгөн. Өткөргүчтөгү электрондордун кыймыл багыты электр тогунун багытына карама-каршы келет. Демек, эгерде өткөргүчтө агып жаткан ток жөнүндө сөз кылсак, анда бул оң заряддын агымы дегенди билдирет, ал ошондой эле кадимки ток деп аталат, анткени ал макулдашуунун натыйжасы.
Электр тогунун теңдемеси
Математикалык жактан алганда, электр тогу төмөнкү теңдеме менен туюнтулат:
I = Δ Q / Δt
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) аты менен Ампер деп да аталат. 1 Ампер = 1 Кулон/секунда (1 А = 1 Кл/сек). Башкача айтканда, 1 Ампер электр тогу зымдын кесилиш аянты аркылуу 1 секунда өткөн 1 Кулон электр зарядына барабар. Ампер менен туюнтулгандан тышкары, электр токтору 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-үлгү маселе:
Зым аркылуу 8 секунд бою 2 Ампер ток өтөт. Чекит аркылуу өткөн заряддын көлөмүн жана ал заряддагы электрондордун санын аныктагыла!
Белгилүү:
Электр тогу (I) = 1 Ампер
Убакыт аралыгы (t) = 2 секунд
Изделген нерсе: заряд (Q) жана электрондордун саны (e)
Solution:
Электр тогунун теңдемеси:
I = Q/t
I = электр тогу, Q = электр заряды, t = убакыт аралыгы
Электр заряды:
Q = It = (2 Ампер)(8 секунд) = 16 C.
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
Электр талаасынын E багытында v ылдамдыгы менен оңго жылып бараткан оң зарядды карап чыгыңыз.
кесилиш аянты А болгон өткөргүчтө. Оң заряд t убакыт аралыгында s = vt чейин 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 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 А кесилиш аянтына туура келген токтун тыгыздыгы же ток J = I / A = nq v болот.
Өткөргүчтө агып жаткан ток заряддалган бөлүкчөлөрдүн тыгыздыгынын (n) көбөйтүндүсүнүн натыйжасы деген тыянак чыгарууга болот,
ар бир бөлүкчө үчүн заряддын саны (q), өткөргүчтүн аянты (A) жана заряддалган бөлүкчөлөрдүн ылдамдыгы (v).
Төмөнкү мисал суроолорду изилдеңиз.
2-үлгү маселе:
Кесилиш аянты 3 х 10 -6 м2 болгон жез зымда 10 амперлик туруктуу ток агып өтөт . Эркин электрондордун тыгыздыгы 8.4 х 10 28 электрон/м3 түзөт . Эркин электрондордун дрейфинин ылдамдыгын аныктагыла!
Белгилүү:
Электр тогу (I) = 10 Ампер
Зымдын кесилиш аянты (A) = 3 x 10 -6 м 2
Эркин электрондун тыгыздыгы (n) = 8.4 x 10 28 м -3
Электрондун заряды (q) = 1.6 x 10 -19 C
Изделген: Эркин электрондордун дрейф ылдамдыгы (v)
Solution:
Электрондордун ылдамдыгы мурда алынган формуланы колдонуу менен эсептелет:
I = электр тогу, n = заряддалган бөлүкчөлөрдүн тыгыздыгы = электрон тыгыздыгы, q = бир электрон заряды, A = өткөргүчтүн кесилиш аянты, v = электрондордун 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 секунда сайын бардык эркин электрондор 0.248 миллиметрге чейин жылышат. Бул абдан жай ылдамдык. Эгерде эркин электрондордун кыймылы абдан жай болсо, эмне үчүн өчүргүч күйгүзүлгөндөн кийин электр жарыгы дароо күйөт?
Муну түшүнүү үчүн, өткөргүчтө электрондор шлангдын ичиндеги суунун агымы сыяктуу агып өтөт. Эгерде шланг сууга толгон болсо, анда шлангдын бир учу кранга туташтырылган болсо, суу экинчи шлангдын бир учунан дароо агып чыгат. Ошо сыяктуу эле, жез зымда жана лампочка зымында эркин электрондор бар. Коммутатор күйгүзүлгөндө, жарыктын ылдамдыгына жакындаган ылдамдыкта электр талаасы пайда болот (жарыктын ылдамдыгы = 3 x 10 8 метр/секунда), бул эркин электрондордун ошол учурда чогуу кыймылдай башташына алып келет. Лампочка зымында мурунтан эле эркин электрондор бар, ошондуктан жарык ошол учурда күйүп турат.
Көйгөйлөр жана чечимдер
1. Зымда 2 мүнөт бою 10 А туруктуу ток бар. Өткөргүч аркылуу кандайдыр бир жерден заряддын канча бөлүгү өтөт.
Белгилүү:
Электр тогу (I) = 10 А
Убакыт аралыгы (t) = 2 мүнөт = 2 x 60 секунд = 120 секунд
Издөөдө: Айыптоочу (Q)
Чечим:
Электр тогунун теңдемеси:
I = q/t
I = электр тогу, q = электр заряды, t = убакыт аралыгы
Электр заряды:
Q = I t = (10)(120) = 1200 C
2. Чынжырдагы чекиттин жанынан 5 мүнөт 60 Кл заряд өтөт. Электр тогунун күчү канча?
Белгилүү:
Убакыт аралыгы (t) = 5 мүнөт = 5 x 60 секунд = 300 секунд
Электр заряды (Q) = 60 C
Изделген нерсе: Электр тогу (I)
Чечим:
Электр тогу:
I = Q/t
I = 1 000 000 / 300
I = 0.2 Кулон/секунда
I = 0.2 Ампер
3. SI системасындагы электр тогунун бирдиги…
чечим
Кулон/секунда
Кулон/секунда, Ампер деген атайын ат менен белгилүү.
