Kahulugan ng Agos ng Elektrisidad
Sa isang konduktor tulad ng tanso, may mga electron na random na gumagalaw sa mataas na bilis ngunit hindi tumatakas mula sa metal. Ang mga electron na maaaring gumalaw nang malaya ay tinatawag na mga free electron. Bagama't ang mga electron ay malayang gumagalaw sa lahat ng direksyon, walang kabuuang daloy ng mga electron sa isang partikular na direksyon. Nangyayari ang kondisyong ito kapag walang potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng dalawang dulo ng alambreng tanso.
Kapag ang alambre ay nakakonekta sa isang pinagmumulan ng kuryente, isang potensyal na pagkakaiba ang lumilitaw sa pagitan ng dalawang dulo ng alambreng tanso, kaya't lumilitaw ang isang electric field sa loob ng alambreng tanso. Ang pagkakaroon ng isang electric field ay nagiging sanhi ng mga malayang elektron na makaranas ng puwersang elektrikal na F = q E = e E, kung saan ang F = puwersang elektrikal , e = karga ng elektron, E = electric field . Ang puwersang elektrikal na ito ay nagiging sanhi ng lahat ng mga elektron na malayang gumagalaw na bumilis nang magkakasama, na kapareho ng direksyon ng puwersang elektrikal.
Ang mga malayang elektron na magkakasamang gumagalaw ay nasa pagitan ng mga atomo na nananatili sa alambreng tanso kaya't ang lahat ng elektron ay bumabangga sa mga atomo. Ang banggaan ay nagiging sanhi ng pagbabago sa direksyon ng mga malayang elektron. Ang lahat ng mga elektron na ito ay palaging nakakaranas ng puwersang elektrikal kaya't ang lahat ng mga elektron ay pinabibilis sa parehong direksyon ng puwersang elektrikal. Pagkatapos gumalaw nang ilang sandali, ang mga malayang elektron ay bumabangga sa mga atomo sa alambreng tanso. Ngunit ang mga malayang elektron ay palaging nakakaranas ng puwersang elektrikal kaya't ang lahat ng mga elektron ay pinabibilis muli. Kaya bukod sa random na paggalaw sa iba't ibang direksyon, lahat ng malayang elektron ay mabagal ding magkakasamang gumagalaw sa direksyon ng puwersang elektrikal at sa kabaligtaran ng direksyon ng larangang elektrikal. Ang direksyon ng larangang elektrikal ay mula sa mataas na potensyal na elektrikal patungo sa mababang potensyal na elektrikal, habang ang mga elektron ay lumilipat mula sa mababang potensyal patungo sa mataas na potensyal. Ang random na paggalaw ng bawat malayang elektron ay may napakabilis na bilis, habang ang paggalaw na may mga malayang elektron sa direksyon ng puwersang elektrikal ay may napakabagal na bilis. Ang paggalaw na ito na may mga malayang elektron sa direksyon ng puwersang elektrikal ay tinatawag ding bilis ng pag-agos.
Ang kuryente ay binibigyang kahulugan bilang ang daloy ng karga ng kuryente sa isang cross-section ng isang konduktor sa loob ng isang takdang agwat ng oras. Alinsunod sa kasunduan, ang direksyon ng kuryente ay kapareho ng direksyon ng positibong karga. Ang kasunduang ito ay ginawa bago pa man malaman na ang aktwal na gumagalaw sa isang konduktor ay ang mga negatibong kargadong malayang elektron. Ang direksyon ng paggalaw ng mga elektron sa konduktor ay kabaligtaran ng direksyon ng kuryente. Kaya kung tatalakayin natin ang kasalukuyang dumadaloy sa konduktor, ang ibig sabihin ay ang daloy ng positibong karga, na tinatawag ding conventional current dahil ito ay resulta ng isang kasunduan.
Ang ekwasyon ng kuryente
Sa matematika, ang kuryente ay ipinapahayag ng equation:
I = ΔQ / Δt
I = kuryente, ΔQ = dami ng kargang elektrikal, Δt = pagitan ng oras.
Yunit ng kuryente
Ang yunit ng karga ng kuryente ay Coulomb, ang yunit ng oras ay segundo, kaya ang yunit ng kuryente ay Coulomb/segundo. Ang Coulomb/segundo ay tinatawag ding Ampere, ang pangalan ng Pranses na pisiko na si Andre Marie Ampere (1775-1836). 1 Ampere = 1 Coulomb/segundo (1 A = 1 C/s). Sa madaling salita, ang kuryenteng 1 Ampere ay katumbas ng karga ng kuryenteng 1 Coulomb na dumadaan sa isang cross-sectional area ng alambre sa loob ng 1 segundo. Bukod sa ipinapahayag sa Amperes, ang mga kuryenteng 1 Ampere ay ipinapahayag din sa milliamperes (1 mA = 10 -3 A), microamperes (1 μA = 10 -6 A), nanoamperes (1 nA = 10-9 A) o picoamperes (1 pA = 10 -12 A).
Halimbawang problema 1:
Isang kuryenteng 2 Amperes ang dumadaloy sa alambre sa loob ng 8 segundo. Tukuyin ang dami ng karga na dumadaan sa isang punto at ang bilang ng mga electron sa karga na iyon!
Kilala:
Agos ng kuryente (I) = 1 Ampere
Agwat ng oras (t) = 2 segundo
Hinahanap: karga (Q) at bilang ng mga electron (e)
solusyon:
Ekwasyon ng kuryente:
Ako = Q/t
I = kuryente, Q = karga ng kuryente, t = pagitan ng oras
Karga ng kuryente:
Q = I t = (2 Ampere)(8 segundo) = 16 C.
Ang karga ng isang elektron ay 1.6 x 10 -19 Coulomb, kaya ang karga ng 16 na Coulomb ay may kasing dami ng mga elektron ng 16 C / 1.6 x 10 -19 Coulomb = 10 x 10 19 na mga elektron.
Agos ng kuryente, bilis ng pag-anod, at densidad ng kuryente
Suriin ang positibong karga na gumagalaw pakanan kasabay ng bilis, na umaanod sa direksyon ng electric field na E
sa isang konduktor na may cross-sectional area na A. Ang positibong karga ay gumagalaw hanggang sa puntong s = vt sa loob ng agwat ng oras na t.
Kung ang bilang ng mga charged particle kada volume (densidad ng mga charged particle) ay n at ang volume ng konduktor ay A s = A vt,
kung gayon ang bilang ng mga charged particle sa volume ng konduktor ay n A v t. Kung ang bawat charged particle ay may charge na q, ang dami ng charge na dumadaan sa dulo ng konduktor sa interval na t ay Q = nq A v t. Kaya, ang electric current na dumadaloy sa dulo ng konduktor ay I = Q / t = nq A v. Samantalang ang current density o current kada cross-sectional area A ay J = I / A = nq v.
Maaaring mahinuha na ang kasalukuyang dumadaloy sa konduktor ay produkto ng pagpaparami ng densidad ng mga naka-charge na particle (n),
ang dami ng karga para sa bawat partikulo (q), ang lawak ng konduktor (A) at ang bilis ng mga sisingilin na partikulo (v).
Pag-aralan ang mga sumusunod na halimbawang tanong.
Halimbawang problema 2:
Isang pare-parehong kuryente na 10 amperes ang dumadaloy sa isang alambreng tanso na may cross-section area na 3 x 10⁻¹ -6 m² . Ang densidad ng malayang elektron ay 8.4 x 10⁻¹ electrons/m² . Tukuyin ang bilis ng malayang elektron na pag-agos!
Kilala:
Agos ng kuryente (I) = 10 Ampere
Lawak ng cross-sectional ng alambre (A) = 3 x 10 -6 m²
Densidad ng malayang elektron (n) = 8.4 x 1028 m -3
Karga ng elektron (q) = 1.6 x 10 -19 C
Hinahanap: Bilis ng malayang pag-anod ng elektron (v)
solusyon:
Ang bilis ng mga electron ay kinakalkula gamit ang isang pormula na nakuha na dati:
I = kuryente, n = densidad ng mga naka-charge na particle = densidad ng electron, q = karga ng isang electron, A = cross-sectional area ng konduktor, v = bilis ng electron drift
Ang bilis ng electron drift ay 0.248 x 10 -3 metro/segundo = 0.248 milimetro/segundo.
Ang mga malayang elektron ay sama-samang gumagalaw sa isang alambre sa bilis na 0.248 milimetro bawat segundo. Sa madaling salita, bawat segundo, lahat ng malayang elektron ay gumagalaw nang hanggang 0.248 milimetro. Ito ay isang napakabagal na bilis. Kung ang paggalaw ng mga malayang elektron ay napakabagal, bakit agad na bumubukas ang ilaw ng kuryente pagkatapos buksan ang switch?
Upang maunawaan ito, ang mga electron ay dumadaloy sa konduktor tulad ng daloy ng tubig sa loob ng hose. Kung ang hose ay puno ng tubig, kung ang isang dulo ng hose ay konektado sa gripo, ang tubig ay agad na dumadaloy palabas mula sa isang dulo ng kabilang hose. Gayundin, may mga malayang electron sa alambreng tanso at alambre ng bumbilya. Kapag nakabukas ang switch, isang electric field ang lilitaw na may bilis na papalapit sa bilis ng liwanag (bilis ng liwanag = 3 x 108 metro /segundo), na nagiging sanhi ng pagsisimula ng mga malayang electron na gumalaw nang magkakasama sa sandaling iyon. Mayroon nang mga malayang electron sa alambre ng bumbilya kaya't ang ilaw ay nakabukas sa mismong sandaling iyon.
Mga problema at solusyon
1. Isang matatag na kuryente na 10 A ang umiiral sa isang alambre sa loob ng 2 minuto. Gaano karami sa dami ng karga ang dumadaan sa konduktor sa anumang lokasyon.
Kilala:
Agos ng kuryente (I) = 10 A
Agwat ng oras (t) = 2 minuto = 2 x 60 segundo = 120 segundo
Hinahanap: Karga (Q)
solusyon:
Ekwasyon ng kuryente:
Ako = q/t
I = ang kuryente, q = ang karga ng kuryente, t = ang agwat ng oras
Ang karga ng kuryente:
Q = Ako t = (10)(120) = 1200 C
2. 60 C ng karga ang dumadaan sa isang punto sa sirkito sa loob ng 5 minuto. Ano ang kuryente?
Kilala:
Ang pagitan ng oras (t) = 5 minuto = 5 x 60 segundo = 300 segundo
Ang karga ng kuryente (Q) = 60 C
Hinahanap: Ang kuryenteng dalas (I)
solusyon:
Ang kuryenteng agos:
Ako = Q/t
I = 60 / 300
I = 0.2 Coulomb/segundo
I = 0.2 Amperes
3. Ang yunit ng kuryente sa sistemang SI ay…
Solusyon
Coulomb/segundo
Coulomb/segundo, na binigyan ng espesyal na pangalan, ang Ampere.
