Ҷараёни электр

Таърифи ҷараёни барқ

Дар ноқил ба монанди мис, электронҳое мавҷуданд, ки бо суръати баланд тасодуфан озодона ҳаракат мекунанд, аммо аз металл намегурезанд. Электронҳое, ки метавонанд озодона ҳаракат кунанд, электронҳои озод номида мешаванд. Гарчанде ки электронҳо дар ҳама самтҳо озодона ҳаракат мекунанд, ҷараёни умумии электронҳо дар самти муайян вуҷуд надорад. Ин ҳолат вақте рух медиҳад, ки байни ду нӯги сими мис фарқияти потенсиал вуҷуд надорад.

Вақте ки сим ба манбаи барқӣ пайваст карда мешавад, фарқи потенсиалҳо байни ду нӯги сими мисӣ ба вуҷуд меояд, ки дар дохили сими мисӣ майдони электрикӣ пайдо мешавад. Мавҷудияти майдони электрикӣ боиси он мегардад, ки электронҳои озод қувваи электрикиро F = q E = e E эҳсос кунанд, ки дар он F = қувваи электрикӣ , e = заряди электрон, E = майдони электрикӣ . Ин қувваи электрикӣ боис мешавад, ки ҳамаи электронҳое, ки озодона ҳаракат мекунанд, якҷоя суръат гиранд, ки самти он бо қувваи электрикӣ якхела аст.

Электронҳои озоде, ки якҷоя ҳаракат мекунанд, дар байни атомҳое ҷойгиранд, ки дар сими мисӣ мемонанд, то ки ҳамаи электронҳо бо атомҳо бархӯранд. Бархӯрд боиси тағйир ёфтани самти электронҳои озод мегардад. Ҳамаи ин электронҳо ҳамеша қувваи электрикиро эҳсос мекунанд, то ки ҳамаи электронҳо дар як самт бо самти қувваи электрикӣ суръат гиранд. Пас аз як лаҳза ҳаракат кардан, электронҳои озод бо атомҳои сими мисӣ бархӯрд мекунанд. Аммо электронҳои озод ҳамеша қувваи электрикиро эҳсос мекунанд, то ки ҳамаи электронҳо дубора суръат гиранд. Ҳамин тавр, илова бар ҳаракати тасодуфӣ дар самтҳои гуногун, ҳамаи электронҳои озод низ дар самти қувваи электрикӣ ва дар самти муқобили майдони электрикӣ оҳиста ҳаракат мекунанд. Самти майдони электрикӣ аз потенсиали баланди электрикӣ ба потенсиали пасти электрикӣ аст, дар ҳоле ки электронҳо аз потенсиали паст ба потенсиали баланд ҳаракат мекунанд. Ҳаракати тасодуфии ҳар як электрони озод суръати хеле баланд дорад, дар ҳоле ки ҳаракат бо электронҳои озод дар самти қувваи электрикӣ суръати хеле суст дорад. Ин ҳаракат бо электронҳои озод дар самти қувваи электрикӣ инчунин суръати дрейф номида мешавад.

Ҷараёни барқӣ ҳамчун ҷараёни заряди барқӣ тавассути буриши арзии ноқил дар тӯли фосилаи муайяни вақт муайян карда мешавад. Мувофиқи созишнома, самти ҷараёни барқӣ бо самти заряди мусбат якхела аст. Ин созишнома пеш аз он ки маълум шавад, ки дар ноқил воқеан электронҳои озоди заряди манфӣ ҳаракат мекунанд, баста шуда буд. Самти ҳаракати электронҳо дар ноқил муқобили самти ҷараёни барқӣ аст. Пас, агар мо ҷараёни ҷараёни ноқилро баррасӣ кунем, он чизе ки дар назар дошта мешавад, ҷараёни заряди мусбат аст, ки онро ҷараёни анъанавӣ низ меноманд, зеро он натиҷаи мувофиқат аст.

Муодилаи ҷараёни барқ

Аз ҷиҳати математикӣ, ҷараёни барқ ​​​​бо муодилаи зерин ифода карда мешавад:

I = Δ Q / Δt

I = ҷараёни барқӣ, ΔQ = миқдори заряди барқӣ, Δt = фосилаи вақт.

Воҳиди ченаки ҷараёни барқ

Воҳиди заряди электрикӣ Кулон, воҳиди вақт сония аст, аз ин рӯ воҳиди ҷараёни электрикӣ Кулон/сония аст. Кулон/сония инчунин Ампер номида мешавад, ки номи физики фаронсавӣ Андре Мари Ампер (1775-1836) мебошад. 1 Ампер = 1 Кулон/сония (1 А = 1 Кл/с). Ба ибораи дигар, ҷараёни электрикии 1 Ампер ба заряди электрикии 1 Кулон баробар аст, ки аз масоҳати буриши сим барои 1 сония мегузарад. Ҷараёнҳои электрикӣ, илова бар ифодаи онҳо бо Ампер, инчунин бо миллиамперҳо (1 мА = 10 ^-3 А), микроамперҳо (1 мкА = 10 ^-6 А), наноамперҳо (1 нА = 10-9 А) ё пикоамперҳо (1 пА = 10 ^-12 А) ифода карда мешаванд.

Намунаи масъалаи 1:

Ҷараёни 2 Ампер аз сим ба муддати 8 сония мегузарад. Миқдори заряди аз як нуқта гузаранда ва шумораи электронҳоро дар он заряд муайян кунед!

Маълум:

Ҷараёни барқӣ (I) = 1 Ампер

Фосилаи вақт (t) = 2 сония

Дархост: заряд (Q) ва шумораи электронҳо (e)

ҳалли:

Муодилаи ҷараёни барқ:

I = Q/t

I = ҷараёни барқӣ, Q = заряди барқӣ, t = фосилаи вақт

Заряди барқ:

Q = It = (2 Ампер)(8 сония) = 16°C.

Заряди як электрон 1.6 x 10 ^-19 Кулон аст, бинобар ин заряди 16 Кулон ба миқдори 16 C / 1.6 x 10 ^-19 Кулон = 10 x 10 ¹⁹ электрон дорад.

Ҷараёни барқ, суръати дрейф ва зичии ҷараён

Заряди мусбатеро, ки бо суръат ба самти рост ҳаракат мекунад ва дар самти майдони электрикии E ҳаракат мекунад, баррасӣ кунед.

дар ноқиле, ки масоҳати буриши арзии A дорад. Заряди мусбат дар фосилаи вақти t то s = vt ҳаракат мекунад.

Агар шумораи зарраҳои заряднок дар як ҳаҷм (зичии зарраҳои заряднок) n ва ҳаҷми ноқил A s = A vt бошад,

пас шумораи зарраҳои заряднок дар ҳаҷми ноқил n A v t аст. Агар ҳар як зарраи заряднок заряди q дошта бошад, пас миқдори заряде, ки аз нӯги ноқил дар фосилаи t мегузарад, Q = nq A v t аст. Пас, ҷараёни электрикие, ки аз нӯги ноқил мегузарад, I = Q / t = nq A v аст. Дар ҳоле ки зичии ҷараён ё ҷараён барои як масоҳати буриши A J = I / A = nq v аст.

Хулоса кардан мумкин аст, ки ҷараёни дар ноқил ҷорӣшуда маҳсули зарби зичии зарраҳои заряднок (n) мебошад,

миқдори заряд барои ҳар як зарра (q), масоҳати ноқил (A) ва суръати зарраҳои заряднок (v).

Саволҳои намунавии зеринро омӯзед.

Намунаи масъалаи 2:

Дар сими мисӣ бо масоҳати буриши арзии 3 x 10 ^-6 м ² ҷараёни доимии 10 ампер ҷорӣ мешавад . Зичии электронҳои озод 8.4 x 10 ²⁸ электрон/м ³ аст . Суръати дрейфи электронҳои озодро муайян кунед!

Маълум:

Ҷараёни барқӣ (I) = 10 Ампер

Масоҳати буриши сим (A) = 3 x 10 ^-6 м ²

Зичии электронҳои озод (n) = 8.4 x 10 ²⁸ м ^-3

Заряди электрон (q) = 1.6 x 10 ^-19 C

Мехоҳед: Суръати дрейфи электронҳои озод (v)

ҳалли:

Суръати электронҳо бо истифода аз формулае, ки қаблан гирифта шудааст, ҳисоб карда мешавад:

I = ҷараёни барқӣ, n = зичии зарраҳои заряднок = зичии электрон, q = як заряди электрон, A = масоҳати буриши ноқил, v = суръати дрейфи электрон

Суръати дрейфи электрон 0.248 x 10 ^-3 метр/сония = 0.248 миллиметр/сония аст.

Электронҳои озод дар сим бо суръати 0.248 миллиметр дар як сония якҷоя ҳаракат мекунанд. Ба ибораи дигар, дар ҳар як сония ҳамаи электронҳои озод то 0.248 миллиметр ҳаракат мекунанд. Ин суръати хеле суст аст. Агар ҳаракати электронҳои озод хеле суст бошад, чаро чароғи барқӣ пас аз фурӯзон кардани калид фавран фурӯзон мешавад?

Барои фаҳмидани ин, электронҳо дар ноқил мисли ҷараёни об дар дохили шланг ҷорист. Агар шланг бо об пур бошад, пас агар як нӯги шланг ба кран пайваст бошад, об фавран аз як нӯги дигари шланг ҷорӣ мешавад. Ба ҳамин монанд, дар сими мисӣ ва сими лампаи барқӣ электронҳои озод мавҷуданд. Вақте ки калид фаъол аст, майдони электрикӣ бо суръате ба вуҷуд меояд, ки ба суръати рӯшноӣ наздик мешавад (суръати рӯшноӣ = 3 x 10 ⁸ метр/сония), ки боиси ҳаракати электронҳои озод дар он лаҳза мегардад. Дар сими лампаи барқӣ аллакай электронҳои озод мавҷуданд, аз ин рӯ, чароғ дар ҳамон лаҳза фурӯзон аст.

Мушкилот ва роҳҳои ҳалли он

1. Ҷараёни доимии 10 А дар сим ба муддати 2 дақиқа вуҷуд дорад. Чӣ қадар аз миқдори заряд дар ҳар як нуқта аз ноқил мегузарад.

Маълум:

Ҷараёни барқӣ (I) = 10 A

Фосилаи вақт (t) = 2 дақиқа = 2 x 60 сония = 120 сония

Дархостшаванда: Пардохткунанда (Q)

Ҳал:

Муодилаи ҷараёни барқ:

I = q/t

I = ҷараёни барқӣ, q = заряди барқӣ, t = фосилаи вақт

Заряди барқ:

Q = I t = (10)(120) = 1200 C

2. 60 C заряд аз як нуқта дар занҷир ба муддати 5 дақиқа мегузарад. Ҷараёни барқӣ чанд аст?

Маълум:

Фосилаи вақт (t) = 5 дақиқа = 5 x 60 сония = 300 сония

Заряди барқӣ (Q) = 60°C

Ҷалбшуда: Ҷараёни барқӣ (I)

Ҳал:

Ҷараёни барқ:

I = Q/t

I = 60/300

I = 0.2 Кулон/сония

I = 0.2 Ампер

3. Воҳиди ченаки ҷараёни электрикӣ дар системаи SI ин аст…

ҳал

Кулон/сония

Кулон/сония, ки номи махсус дорад, Ампер.