Elektr tokining ta'rifi
Mis kabi o'tkazgichda tasodifiy ravishda yuqori tezlikda erkin harakatlanadigan, ammo metalldan chiqib ketmaydigan elektronlar mavjud. Erkin harakatlana oladigan elektronlar erkin elektronlar deb ataladi. Elektronlar barcha yo'nalishlarda erkin harakatlansa-da, ma'lum bir yo'nalishda elektronlarning umumiy oqimi bo'lmaydi. Bu holat mis simning ikki uchi o'rtasida potensiallar farqi bo'lmaganda yuzaga keladi.
Sim elektr manbaiga ulanganda, mis simning ikki uchi o'rtasida potensiallar farqi paydo bo'ladi, natijada mis sim ichida elektr maydoni paydo bo'ladi. Elektr maydonining mavjudligi erkin elektronlarning F = q E = e E elektr kuchini boshdan kechirishiga olib keladi, bu yerda F = elektr kuchi , e = elektron zaryadi, E = elektr maydoni . Bu elektr kuchi erkin harakatlanayotgan barcha elektronlarning birgalikda tezlanishiga olib keladi, bu esa elektr kuchi bilan bir xil yo'nalishda.
Birgalikda harakatlanadigan erkin elektronlar mis simda qolgan atomlar orasida joylashgan bo'lib, barcha elektronlar atomlar bilan to'qnashadi. To'qnashuv erkin elektronlarning yo'nalishini o'zgartirishga olib keladi. Bu elektronlarning barchasi doimo elektr kuchini boshdan kechiradi, shuning uchun barcha elektronlar elektr kuchi yo'nalishi bilan bir xil yo'nalishda tezlashadi. Bir lahza harakatlangandan so'ng, erkin elektronlar mis simdagi atomlar bilan to'qnashadi. Ammo erkin elektronlar doimo elektr kuchini boshdan kechiradi, shuning uchun barcha elektronlar yana tezlashadi. Shunday qilib, turli yo'nalishlarda tasodifiy harakatlanishdan tashqari, barcha erkin elektronlar ham elektr kuchi yo'nalishi bo'yicha va elektr maydoniga teskari yo'nalishda sekin harakatlanadi. Elektr maydonining yo'nalishi yuqori elektr potensialidan past elektr potensialiga, elektronlar esa past potensialdan yuqori potensialga o'tadi. Har bir erkin elektronning tasodifiy harakati juda tez tezlikka ega, elektr kuchi yo'nalishi bo'yicha erkin elektronlar bilan harakat esa juda sekin tezlikka ega. Elektr kuchi yo'nalishi bo'yicha erkin elektronlar bilan bu harakatga drift tezligi ham deyiladi.
Elektr toki ma'lum bir vaqt oralig'ida o'tkazgichning kesimi orqali elektr zaryadining oqishi sifatida belgilanadi. Kelishuvga muvofiq, elektr tokining yo'nalishi musbat zaryadning yo'nalishi bilan bir xil. Bu kelishuv o'tkazgichda aslida harakatlanadigan narsa manfiy zaryadlangan erkin elektronlar ekanligi ma'lum bo'lishidan oldin tuzilgan edi. O'tkazgichdagi elektronlarning harakat yo'nalishi elektr tokining yo'nalishiga teskari. Shunday qilib, agar o'tkazgichda oqayotgan tokni muhokama qilsak, bu musbat zaryad oqimini anglatadi, bu kelishuv natijasi bo'lgani uchun an'anaviy tok deb ham ataladi.
Elektr tokining tenglamasi
Matematik jihatdan elektr toki quyidagi tenglama bilan ifodalanadi:
I = Δ Q / Δt
I = elektr toki, ΔQ = elektr zaryadining miqdori, Δt = vaqt oralig'i.
Elektr tokining o'lchov birligi
Elektr zaryadining birligi Kulon, vaqt birligi sekund, shuning uchun elektr tokining birligi Kulon/soniya. Kulon/soniya fransuz fizigi Andre Mari Amperning (1775-1836) ismi bilan Amper deb ham ataladi. 1 Amper = 1 Kulon/soniya (1 A = 1 Kl/s). Boshqacha qilib aytganda, 1 Amper elektr toki simning ko'ndalang kesim maydonidan 1 soniya davomida o'tadigan 1 Kulon elektr zaryadiga teng. Elektr toklari Amperlarda ifodalanishidan tashqari, ular milliamperlarda (1 mA = 10 -3 A), mikroamperlarda (1 μA = 10 -6 A), nanoamperlarda (1 nA = 10 -9 A) yoki pikoamperlarda (1 pA = 10 -12 A) ham ifodalanadi.
1-namunaviy muammo:
Sim orqali 8 soniya davomida 2 Amperlik tok o'tadi. Nuqtadan o'tadigan zaryad miqdorini va shu zaryaddagi elektronlar sonini aniqlang!
Ma'lum:
Elektr toki (I) = 1 Amper
Vaqt oralig'i (t) = 2 soniya
Kerakli: zaryad (Q) va elektronlar soni (e)
Qarori:
Elektr tokining tenglamasi:
I = Q/t
I = elektr toki, Q = elektr zaryadi, t = vaqt oralig'i
Elektr zaryadi:
Q = It = (2 Amper)(8 soniya) = 16 C.
Bitta elektronning zaryadi 1.6 x 10 -19 Kulonga teng, shuning uchun 16 Kulonning zaryadida 16 C / 1.6 x 10 -19 Kulon = 10 x 10 19 elektron kabi elektronlar mavjud.
Elektr toki, siljish tezligi va tok zichligi
Elektr maydoni E yo'nalishi bo'yicha v tezlikda o'ngga harakatlanayotgan musbat zaryadni ko'rib chiqing.
ko'ndalang kesimining yuzi A bo'lgan o'tkazgichda. Musbat zaryad t vaqt oralig'ida s = vt gacha harakatlanadi.
Agar hajmdagi zaryadlangan zarrachalar soni (zaryadlangan zarrachalar zichligi) n va o'tkazgichning hajmi A s = A vt bo'lsa,
u holda o'tkazgich hajmidagi zaryadlangan zarrachalar soni n A v t ga teng. Agar har bir zaryadlangan zarrachaning zaryadi q bo'lsa, u holda t oralig'ida o'tkazgichning uchidan o'tadigan zaryad miqdori Q = nq A v t ga teng. Demak, o'tkazgichning uchidan oqib o'tadigan elektr toki I = Q / t = nq A v ga teng. Holbuki, A ko'ndalang kesim yuzasidagi tok zichligi yoki tok J = I / A = nq v ga teng.
Xulosa qilish mumkinki, o'tkazgichda oqayotgan tok zaryadlangan zarrachalar zichligining (n) ko'paytmasining hosilasidir,
har bir zarracha uchun zaryad miqdori (q), o'tkazgichning maydoni (A) va zaryadlangan zarrachalarning tezligi (v).
Quyidagi misol savollarni o'rganing.
2-namunaviy muammo:
Ko'ndalang kesimining yuzi 3 x 10-6 m2 bo'lgan mis simda 10 amperlik o'zgarmas tok oqadi . Erkin elektron zichligi 8.4 x 1028 elektron/m3 ga teng . Erkin elektronlarning siljish tezligini aniqlang!
Ma'lum:
Elektr toki (I) = 10 Amper
Simning kesim maydoni (A) = 3 x 10 -6 m 2
Erkin elektron zichligi (n) = 8.4 x 1028 m -3
Elektron zaryadi (q) = 1.6 x 10 -19 C
Kerakli: Erkin elektronlarning siljish tezligi (v)
Qarori:
Elektronlarning tezligi avval olingan formula yordamida hisoblanadi:
I = elektr toki, n = zaryadlangan zarrachalar zichligi = elektron zichligi, q = bitta elektron zaryadi, A = o'tkazgichning ko'ndalang kesim maydoni, v = elektron siljish tezligi
Elektronning siljish tezligi 0.248 x 10 -3 metr/soniya = 0.248 millimetr/soniya.
Erkin elektronlar simda sekundiga 0.248 millimetr tezlikda birga harakatlanadi. Boshqacha qilib aytganda, har bir soniyada barcha erkin elektronlar 0.248 millimetrgacha harakatlanadi. Bu juda sekin tezlik. Agar erkin elektronlarning harakati juda sekin bo'lsa, nima uchun elektr chiroq kalit yoqilgandan so'ng darhol yonadi?
Buni tushunish uchun, elektronlar o'tkazgichda shlang ichidagi suv oqimi kabi oqadi. Agar shlang suv bilan to'ldirilgan bo'lsa, shlangning bir uchi jo'mrakka ulangan bo'lsa, suv darhol boshqa shlangning bir uchidan oqib chiqadi. Xuddi shunday, mis sim va lampochka simida erkin elektronlar mavjud. Kalit yoqilganda, yorug'lik tezligiga yaqin tezlikda elektr maydoni paydo bo'ladi (yorug'lik tezligi = 3 x 10 8 metr/soniya), bu esa erkin elektronlarning o'sha paytda birgalikda harakatlanishiga olib keladi. Lampochka simida allaqachon erkin elektronlar mavjud, shuning uchun chiroq aynan shu paytda yonadi.
Muammolar va echimlar
1. Simda 2 daqiqa davomida 10 A barqaror tok mavjud. Zaryad miqdorining qancha qismi o'tkazgich orqali istalgan joyda o'tadi.
Ma'lum:
Elektr toki (I) = 10 A
Vaqt oralig'i (t) = 2 daqiqa = 2 x 60 soniya = 120 soniya
Qidiruv: Zaryadlovchi (Q)
yechim:
Elektr tokining tenglamasi:
I = q/t
I = elektr toki, q = elektr zaryadi, t = vaqt oralig'i
Elektr zaryadi:
Q = I t = (10)(120) = 1200 C
2. 60 Kl zaryad zanjirdagi nuqtadan 5 daqiqa davomida o'tadi. Elektr tokining kuchi nima?
Ma'lum:
Vaqt oralig'i (t) = 5 daqiqa = 5 x 60 soniya = 300 soniya
Elektr zaryadi (Q) = 60 C
Kerakli: Elektr toki (I)
yechim:
Elektr toki:
I = Q/t
I = 60/300
I = 0.2 Kulon/soniya
I = 0.2 Amper
3. SI tizimidagi elektr tokining o'lchov birligi…
qaror
Kulon/soniya
Kulon/soniya, Amper deb nomlangan maxsus nomga ega.
