Definizzjoni ta' Kurrent Elettriku
F'konduttur bħar-ram, hemm elettroni li jiċċaqalqu b'mod każwali b'veloċità għolja liberament iżda ma jaħarbux mill-metall. L-elettroni li jistgħu jiċċaqalqu liberament jissejħu elettroni ħielsa. Għalkemm l-elettroni jiċċaqalqu liberament fid-direzzjonijiet kollha, ma jkunx hemm fluss totali ta' elettroni f'direzzjoni partikolari. Din il-kundizzjoni sseħħ meta ma jkun hemm l-ebda differenza potenzjali bejn iż-żewġt itruf tal-wajer tar-ram.
Meta l-wajer ikun imqabbad ma' sors elettriku, tinqala' differenza potenzjali bejn iż-żewġt itruf tal-wajer tar-ram, sabiex jidher kamp elettriku fil-wajer tar-ram. L-eżistenza ta' kamp elettriku tikkawża li l-elettroni ħielsa jesperjenzaw il-forza elettrika F = q E = e E, fejn F = forza elettrika , e = ċarġ tal-elettroni, E = kamp elettriku . Din il-forza elettrika tikkawża li l-elettroni kollha li qed jiċċaqalqu liberament jaċċelleraw flimkien, li hija l-istess direzzjoni bħall-forza elettrika.
L-elettroni ħielsa li jiċċaqalqu flimkien huma bejn l-atomi li jibqgħu fil-wajer tar-ram sabiex l-elettroni kollha jaħbtu mal-atomi. Il-ħabta tikkawża li d-direzzjoni tal-elettroni ħielsa tinbidel. Dawn l-elettroni kollha dejjem jesperjenzaw forza elettrika sabiex l-elettroni kollha jiġu aċċellerati fl-istess direzzjoni bħad-direzzjoni tal-forza elettrika. Wara li jiċċaqalqu għal mument, l-elettroni ħielsa jaħbtu mal-atomi fil-wajer tar-ram. Iżda l-elettroni ħielsa dejjem jesperjenzaw forza elettrika sabiex l-elettroni kollha jerġgħu jiġu aċċellerati. Għalhekk, minbarra li jiċċaqalqu b'mod każwali f'diversi direzzjonijiet, l-elettroni ħielsa kollha jiċċaqalqu wkoll bil-mod flimkien fid-direzzjoni tal-forza elettrika u fid-direzzjoni opposta għall-kamp elettriku. Id-direzzjoni tal-kamp elettriku hija minn potenzjal elettriku għoli għal potenzjal elettriku baxx, filwaqt li l-elettroni jiċċaqalqu minn potenzjal baxx għal potenzjal għoli. Il-moviment każwali ta' kull elettron ħieles għandu veloċità mgħaġġla ħafna, filwaqt li l-moviment b'elettroni ħielsa fid-direzzjoni tal-forza elettrika għandu veloċità bil-mod ħafna. Dan il-moviment b'elettroni ħielsa fid-direzzjoni tal-forza elettrika jissejjaħ ukoll veloċità tad-drift.
Il-kurrent elettriku huwa definit bħala l-fluss ta' ċarġ elettriku minn ġo sezzjoni trasversali ta' konduttur matul ċertu intervall ta' ħin. Skont il-ftehim, id-direzzjoni tal-kurrent elettriku hija l-istess bħad-direzzjoni taċ-ċarġ pożittiv. Dan il-ftehim sar qabel ma kien magħruf li dak li fil-fatt jiċċaqlaq f'konduttur huma l-elettroni ħielsa b'ċarġ negattiv. Id-direzzjoni tal-moviment tal-elettroni fil-konduttur hija opposta għad-direzzjoni tal-kurrent elettriku. Għalhekk, jekk niddiskutu l-kurrent li jiċċirkola fil-konduttur, dak li jfisser huwa l-fluss ta' ċarġ pożittiv, li jissejjaħ ukoll kurrent konvenzjonali għaliex huwa r-riżultat ta' ftehim.
L-ekwazzjoni tal-kurrent elettriku
Matematikament, il-kurrent elettriku huwa espress bl-ekwazzjoni:
I = ΔQ / Δt
I = kurrent elettriku, ΔQ = ammont ta' ċarġ elettriku, Δt = intervall ta' ħin.
Unità ta 'kurrent elettriku
L-unità taċ-ċarġ elettriku hija Coulomb, l-unità tal-ħin hija s-sekonda, għalhekk l-unità tal-kurrent elettriku hija Coulomb/sekonda. Coulomb/sekonda jissejjaħ ukoll Ampere, l-isem tal-fiżiku Franċiż Andre Marie Ampere (1775-1836). 1 Ampere = 1 Coulomb/sekonda (1 A = 1 C/s). Fi kliem ieħor, kurrent elettriku ta' 1 Ampere huwa ugwali għal ċarġ elettriku ta' 1 Coulomb li jgħaddi minn żona trasversali ta' wajer għal sekonda. Minbarra li huma espressi f'Amperes, il-kurrenti elettriċi huma espressi wkoll f'milliampere (1 mA = 10-3 A ), mikroampere (1 μA = 10-6 A ), nanoampere (1 nA = 10-9 A) jew pikoamperes (1 pA = 10-12 A ).
Problema kampjun 1:
Kurrent ta' 2 Amperes jgħaddi mill-wajer għal 8 sekondi. Iddetermina l-ammont ta' ċarġ li jgħaddi minn punt u n-numru ta' elettroni f'dak iċ-ċarġ!
Magħruf:
Kurrent elettriku (I) = 1 Ampere
Intervall ta' ħin (t) = 2 sekondi
Meħtieġa: ċarġ (Q) u numru ta' elettroni (e)
soluzzjoni:
Ekwazzjoni tal-kurrent elettriku:
I = Q/t
I = kurrent elettriku, Q = ċarġ elettriku, t = intervall ta' ħin
Ċarġ elettriku:
Q = It = (2 Ampere)(8 sekondi) = 16 C.
Iċ-ċarġ ta' elettron wieħed huwa 1.6 x 10 -19 Coulomb, għalhekk iċ-ċarġ ta' 16-il Coulomb għandu elettroni daqs 16 C / 1.6 x 10 -19 Coulomb = 10 x 10 19 elettroni.
Kurrent elettriku, veloċità tad-drift, u densità tal-kurrent
Irrevedi l-ċarġ pożittiv li qed jiċċaqlaq lejn il-lemin bil-veloċità, u jiċċaqlaq v fid-direzzjoni tal-kamp elettriku E
fuq konduttur li għandu erja trasversali A. Iċ-ċarġ pożittiv jiċċaqlaq sa s = vt matul l-intervall ta' ħin t.
Jekk in-numru ta' partiċelli ċċarġjati għal kull volum (densità ta' partiċelli ċċarġjati) huwa n u l-volum tal-konduttur huwa A s = A vt,
allura n-numru ta' partiċelli ċċarġjati fil-volum tal-konduttur huwa n A v t. Jekk kull partiċella ċċarġjata għandha ċarġ ta' q allura l-ammont ta' ċarġ li jgħaddi mit-tarf tal-konduttur matul l-intervall t huwa Q = nq A v t. Għalhekk, il-kurrent elettriku li jgħaddi mill-ponta tal-konduttur huwa I = Q / t = nq A v. Filwaqt li d-densità tal-kurrent jew il-kurrent għal kull erja trasversali A hija J = I / A = nq v.
Jista' jiġi konkluż li l-kurrent li jiċċirkola fil-konduttur huwa l-prodott tal-multiplikazzjoni tad-densità tal-partiċelli ċċarġjati (n),
l-ammont ta' ċarġ għal kull partiċella (q), l-erja tal-konduttur (A) u l-veloċità tal-partiċelli ċċarġjati (v).
Studja l-mistoqsijiet ta' eżempju li ġejjin.
Problema kampjun 2:
Kurrent kostanti ta' 10 amperes jiċċirkola f'wajer tar-ram b'erja ta' sezzjoni trasversali ta' 3 x 10-6 m2 . Id -densità tal-elettroni ħielsa hija 8.4 x 1028 elettroni/m3 . Iddetermina l-veloċità tad-drift tal-elettroni ħielsa!
Magħruf:
Kurrent elettriku (I) = 10 Ampere
Żona trasversali tal-wajer (A) = 3 x 10 -6 m 2
Densità tal - elettroni ħielsa (n) = 8.4 x 10²⁸ m⁻³
Ċarġ tal-elettroni (q) = 1.6 x 10 -19 C
Mixtieqa: Veloċità tad-drift tal-elettroni ħielsa (v)
soluzzjoni:
Il-veloċità tal-elettroni hija kkalkulata bl-użu ta' formula li ġiet derivata qabel:
I = kurrent elettriku, n = densità ta' partiċelli ċċarġjati = densità ta' elettroni, q = ċarġ ta' elettron wieħed, A = erja trasversali tal-konduttur, v = veloċità tad-drift tal-elettroni
Il-veloċità tad-drift tal-elettroni hija 0.248 x 10 -3 metri/sekonda = 0.248 millimetri/sekonda.
L-elettroni ħielsa jiċċaqalqu flimkien f'wajer b'veloċitajiet ta' 0.248 millimetri kull sekonda. Fi kliem ieħor, kull sekonda, l-elettroni ħielsa kollha jiċċaqalqu sa 0.248 millimetri. Din hija veloċità bil-mod ħafna. Jekk il-moviment tal-elettroni ħielsa huwa bil-mod ħafna, għaliex id-dawl elettriku jixgħel immedjatament wara li jinxtegħel is-swiċċ?
Biex nifhmu dan, l-elettroni jiċċirkolaw fil-konduttur bħall-fluss tal-ilma ġewwa l-pajp. Jekk il-pajp jimtela bl-ilma allura jekk tarf wieħed tal-pajp ikun imqabbad mal-vit, l-ilma joħroġ immedjatament minn tarf wieħed tal-pajp l-ieħor. Bl-istess mod, hemm elettroni ħielsa fil-wajer tar-ram u fil-wajer tal-bozza tad-dawl. Meta s-swiċċ jinxtegħel, jinħoloq kamp elettriku b'veloċità li toqrob il-veloċità tad-dawl (veloċità tad-dawl = 3 x 108 metri /sekonda), li jikkawża li l-elettroni ħielsa jibdew jiċċaqalqu flimkien f'dak il-mument. Diġà hemm elettroni ħielsa fil-wajer tal-bozza tad-dawl sabiex id-dawl ikun mixgħul f'dak il-mument stess.
Problemi u soluzzjonijiet
1. Kurrent stabbli ta' 10 A jeżisti f'wajer għal 2 minuti. Kemm mill-ammont ta' ċarġ jgħaddi mill-konduttur fi kwalunkwe post.
Magħruf:
Kurrent elettriku (I) = 10 A
Intervall ta' ħin (t) = 2 minuti = 2 x 60 sekonda = 120 sekonda
Meħtieġ: Ħlas (Q)
Soluzzjoni:
Ekwazzjoni tal-kurrent elettriku:
I = q/t
I = il-kurrent elettriku, q = iċ-ċarġ elettriku, t = l-intervall ta' ħin
Iċ-ċarġ elettriku:
Q = It = (10)(120) = 1200°C
2. 60 C ta' ċarġ jgħaddi minn punt fiċ-ċirkwit għal 5 minuti. X'inhi l-kurrent elettriku?
Magħruf:
L-intervall ta' ħin (t) = 5 minuti = 5 x 60 sekonda = 300 sekonda
Iċ-ċarġ elettriku (Q) = 60 C
Meħtieġ: Il-kurrent elettriku (I)
Soluzzjoni:
Il-kurrent elettriku:
I = Q/t
I = 60 / 300
I = 0.2 Coulombs/sekonda
I = 0.2 Ampere
3. L-unità tal-kurrent elettriku fis-sistema SI hija…
Soluzzjoni
Coulombs/sekonda
Coulombs/sekondi, mogħtija isem speċjali, l-Ampere.
