עלעקטרישער שטראָם

דעפֿיניציע פֿון עלעקטרישן קראַנט

אינעווייניק פון א קאנדוקטאר ווי קופער, זענען דא עלעקטראנען וואס באוועגן זיך פריי און צופעליג מיט הויכע שנעלקייטן אבער אנטלויפן נישט פון דעם מעטאל. עלעקטראנען וואס קענען זיך פריי באוועגן ווערן גערופן פרייע עלעקטראנען. כאטש עלעקטראנען באוועגן זיך פריי אין אלע ריכטונגען, איז נישטא קיין נעץ שטראם פון עלעקטראנען אין קיין באזונדערע ריכטונג. די צושטאנד פאסירט ווען עס איז נישטא קיין פאטענציאל אונטערשייד צווישן די צוויי עקן פון דעם קופער דראט.

ווען דער דראָט איז פארבונדן צו אַן עלעקטרישער מקור, ענטשטייט אַ פּאָטענציעל אונטערשייד צווישן די צוויי עקן פון דעם קופּער דראָט, אַזוי שאַפֿנדיק אַן עלעקטריש פעלד אין דעם קופּער דראָט. די אנוועזנהייט פון אַן עלעקטריש פעלד פאַראורזאַכט אַז פרייע עלעקטראָנען זאָלן דערפאַרן אַן עלעקטרישע קראַפט F = q E = e E, וואו F = עלעקטרישע קראַפט, e = עלעקטראָן אָפּצאָל, E = עלעקטריש פעלד . די עלעקטרישע קראַפט פאַראורזאַכט אַז אַלע פריי באַוועגלעכע עלעקטראָנען זאָלן דערפאַרן אַ געמיינזאַמע אַקסעלעראַציע אין דער זעלבער ריכטונג ווי די עלעקטרישע קראַפט.

די פרייע עלעקטראָנען, וואָס באַוועגן זיך צוזאַמען, געפינען זיך צווישן די סטאַציאָנערע אַטאָמען אין דעם קופּער דראָט, וואָס פאַראורזאַכט אַז אַלע עלעקטראָנען זאָלן זיך צוזאַמענשטויסן מיט די אַטאָמען. די צוזאַמענשטויסן פאַראורזאַכן אַז די פרייע עלעקטראָנען זאָלן טוישן זייער ריכטונג פון באַוועגונג. אַלע די עלעקטראָנען זענען קעסיידער אונטערטעניק צו אַן עלעקטרישער קראַפט, וואָס פאַראורזאַכט אַז זיי זאָלן זיך פאַרגיכערן אין דער זעלבער ריכטונג ווי די עלעקטרישע קראַפט. נאָך אַ באַוועגונג פֿאַר אַ מאָמענט, צוזאַמענשטויסן די פרייע עלעקטראָנען ווידער מיט די אַטאָמען אין דעם קופּער דראָט. אָבער, די פרייע עלעקטראָנען זענען שטענדיק אונטערטעניק צו אַן עלעקטרישער קראַפט, וואָס פאַראורזאַכט אַז אַלע עלעקטראָנען זאָלן זיך ווידער פאַרגיכערן.

אַלזאָ, חוץ דעם וואָס זיי באַוועגן זיך צופֿעליק אין פֿאַרשידענע ריכטונגען, באַוועגן זיך אַלע פֿרײַע עלעקטראָנען אויך צוזאַמען לאַנגזאַם אין דער ריכטונג פֿון דער עלעקטרישער קראַפֿט און אין דער פֿאַרקערטער ריכטונג פֿון דעם עלעקטרישן פֿעלד. די ריכטונג פֿון דעם עלעקטרישן פֿעלד איז פֿון הויכן עלעקטרישן פּאָטענציאַל צו נידעריקן עלעקטרישן פּאָטענציאַל, בשעת די עלעקטראָנען באַוועגן זיך פֿון נידעריקן פּאָטענציאַל צו הויכן פּאָטענציאַל. די צופֿעליקע באַוועגונג פֿון יעדן פֿרײַען עלעקטראָן האָט אַ זייער שנעלע גיכקייט, בשעת די קאָלעקטיווע באַוועגונג פֿון די פֿרײַע עלעקטראָנען אין דער ריכטונג פֿון דער עלעקטרישער קראַפֿט האָט אַ זייער לאַנגזאַמע גיכקייט. די קאָלעקטיווע באַוועגונג פֿון די פֿרײַע עלעקטראָנען אין דער ריכטונג פֿון דער עלעקטרישער קראַפֿט ווערט אויך גערופֿן דריפט גיכקייט.

עלעקטרישער שטראָם ווערט דעפינירט ווי דער פלוס פון עלעקטרישער לאָדונג דורך אַ קוועַר-שניט פון אַ קאַנדאַקטאָר איבער אַ ספּעציפֿישן צייט-אינטערוואַל. לויט קאָנווענץ, איז די ריכטונג פון עלעקטרישן שטראָם די זעלבע ווי די ריכטונג פון באַוועגונג פון פּאָזיטיווע לאָדונגען. די אָפּמאַך איז געמאַכט געוואָרן איידער מען האָט געוואוסט אַז וואָס באַוועגט זיך טאַקע אין אַ קאַנדאַקטאָר זענען פרייע, נעגאַטיוו-געלאָדענע עלעקטראָנען. די ריכטונג פון עלעקטראָן באַוועגונג אין אַ קאַנדאַקטאָר איז פאַרקערט צו דער ריכטונג פון עלעקטרישן שטראָם. דעריבער, ווען מען דיסקוטירט דעם שטראָם וואָס פליסט אין אַ קאַנדאַקטאָר, מיינט מען דער פלוס פון פּאָזיטיווע לאָדונגען, אויך באַקאַנט ווי קאָנווענציאָנעלער שטראָם ווייל דאָס איז דער רעזולטאַט פון דער אָפּמאַך.

עלעקטרישע קראַנט פאָרמולע

מאטעמאטיש, ווערט עלעקטרישער שטראָם אויסגעדריקט דורך דער גלייכונג:
איך = ΔQ / Δt
פאָרמולע באַשרייַבונג: I = עלעקטרישער קראַנט, ΔQ = סומע פון ​​עלעקטרישער אָפּצאָל, Δt = צייט אינטערוואַל.

איינהייט פון עלעקטרישן קראַנט

די איינהייט פון עלעקטרישער לאדונג איז די קולאמב, די איינהייט פון צייט איז די סעקונדע, ממילא איז די איינהייט פון עלעקטרישן שטראָם די קולאמב/סעקונדע. קולאמב/סעקונדע ווערט אויך גערופן אַמפּער , גערופן נאָך דעם פראנצויזישן פיזיקער, אַנדרע מאַריע אַמפּער (1775-1836). 1 אַמפּער = 1 קולאמב/סעקונדע (1 A = 1 C/s). מיט אנדערע ווערטער, אַן עלעקטרישער שטראָם פון 1 אַמפּער איז גלייך צו אַן עלעקטרישער לאדונג פון 1 קולאמב וואָס גייט דורך אַ קראָס-סעקשאַנאַל שטח פון דראָט פֿאַר 1 סעקונדע. חוץ אויסגעדריקט ווערן אין אַמפּער, ווערט עלעקטרישער שטראָם אויך אויסגעדריקט אין מיליאַמפּער (1 mA = 10-3 ^A ), מיקראָאַמפּער (1 μA = 10-6 ^A ), נאַנאָאַמפּער (1 nA = 10-9 ^A ) אָדער פּיקאָאַמפּער (1 pA = 10-12 ^A ).

בייַשפּיל קשיא 1:

א שטראָם פֿון 2 אַמפּער פֿליסט דורך אַ דראָט פֿאַר 8 סעקונדעס. באַשטימט די גרייס פֿון דער לאָדונג וואָס גייט דורך אַ פּונקט און די צאָל עלעקטראָנען אין יענער לאָדונג!
דיסקוסיע
עס איז באַקאַנט אַז:
עלעקטרישער שטראָם (I) = 1 אַמפּער
צייט אינטערוואַל (t) = 2 סעקונדעס
געפרעגט: לאָד (Q) און צאָל עלעקטראָנען (e)
ענטפער:
עלעקטרישע קראַנט פאָרמולע:
איך = ק / ה
פאָרמולע באַשרייַבונג: I = עלעקטרישער קראַנט, Q = עלעקטרישע אָפּצאָל, t = צייט אינטערוואַל
עלעקטרישע לאָדונג:
ק = I t = (2 אמפער)(8 סעקונדעס) = 16 קולאמבס.

די לאָדונג פֿון איין עלעקטראָן איז 1,6 x 10⁻⁹ ^{קולאָמבס} , אַזוי אַ לאָדונג פֿון 16 קולאָמבס האָט אַזוי פֿיל עלעקטראָנען ווי 16 C / 1,6 x 10⁻⁹ ^{קולאָמבס} = 10 x 10⁻⁹ ^{עלעקטראָנען}.

עלעקטרישער שטראָם, דריפט גיכקייט און שטראָם געדיכטקייט

באַטראַכט אַ פּאָזיטיווע לאָדונג וואָס באַוועגט זיך רעכטס מיט אַ דריפט גיכקייט v אין דער ריכטונג פון אַן עלעקטרישן פעלד E אין אַ קאַנדאַקטאָר מיט אַ קראָס-סעקשאַנאַל שטח A. די פּאָזיטיווע לאָדונג באַוועגט זיך אַ דיסטאַנץ s = vt בעת אַ צייט אינטערוואַל t.

אויב די צאָל געלאָדענע פּאַרטיקלען פּער באַנד (געלאָדענע פּאַרטיקל געדיכטקייט) איז n און דער באַנד פון דעם קאַנדאַקטאָר איז A s = A vt, דאַן איז די צאָל געלאָדענע פּאַרטיקלען אין דעם קאַנדאַקטאָר באַנד n A v t. אויב יעדער געלאָדענער פּאַרטיקל האט אַ לאַדונג פון q, דאַן איז די סומע פון ​​לאַדונג וואָס גייט דורך דעם עק פון דעם קאַנדאַקטאָר בעת דעם צייט אינטערוואַל t Q = nq A v t. אַזוי איז דער עלעקטרישער קראַנט וואָס פליסט דורך דעם עק פון דעם קאַנדאַקטאָר I = Q/t = nq A v. בשעת די קראַנט געדיכטקייט אָדער קראַנט פּער קראָס-סעקשאַנאַל שטח A איז J = I/A = nq v. מען קען אויספירן אַז דער קראַנט וואָס פליסט אין דעם קאַנדאַקטאָר איז דער רעזולטאַט פון דער מאַלטיפּליקאַציע פון ​​דער געדיכטקייט פון געלאָדענע פּאַרטיקלען (n), די מאַגניטוד פון דער לאַדונג פון יעדן פּאַרטיקל (q), די קראָס-סעקשאַנאַל שטח פון דעם קאַנדאַקטאָר (A) און די דריפט גיכקייט פון די געלאָדענע פּאַרטיקלען (v).

שטודירט דעם פאלגנדן בייַשפּיל פּראָבלעם צו פֿאַרשטיין דעם חילוק צווישן דער גיכקייט פֿון יעדן געלודענעם טיילכעל און דער דריפט גיכקייט פֿון אַלע געלודענע טיילכעל.

בייַשפּיל קשיא 2:

א קאנסטאנטער שטראָם פון 10 אַמפּער פליסט אין אַ קופּער דראָט מיט אַ קראָס-סעקשאַנאַל שטח פון 3 x 10^-6 m²די פרייע עלעקטראָן געדיכטקייט איז 8,4 x 10²⁸ עלעקטראָנען/מ²³באַשטימט די דריפט גיכקייט פון די פרייע עלעקטראָנען!
דיסקוסיע
עס איז באַקאַנט אַז:
עלעקטרישער שטראָם (I) = 10 אַמפּער
דראָט קראָס-סעקשאַנאַל שטח (A) = 3 x 10^-6 m²
פרייע עלעקטראָן געדיכטקייט (n) = 8,4 x 10²⁸ m^-3
עלעקטראָן לאָד (q) = 1,6 x 10^{-קסנומקס} C
געפרעגט: פרייע עלעקטראָן דריפט גיכקייט (v)
ענטפער:
די גיכקייט פון עלעקטראָנען ווערט קאַלקולירט מיט דער פריער דערייווד פאָרמולע:

באַשרייַבונג: I = עלעקטרישער קראַנט, n = געדיכטקייט פון געלאָדענע פּאַרטיקלען = געדיכטקייט פון פרייע עלעקטראָנען, q = לאַדונג פון איין עלעקטראָן, A = קראָס-סעקשאַנאַל שטח פון דעם קאַנדאַקטאָר, v = עלעקטראָן דריפט גיכקייט

די עלעקטראָן דריפט גיכקייט איז 0,248 x 10 ^-3 מעטער/סעקונדע = 0,248 מילימעטער/סעקונדע.

פרייע עלעקטראָנען באַוועגן זיך צוזאַמען אין אַ דראָט מיט אַ גיכקייט פֿון 0,248 מילימעטער פּער סעקונדע. מיט אַנדערע ווערטער, יעדע סעקונדע באַוועגן זיך אַלע פרייע עלעקטראָנען 0,248 מילימעטער. דאָס איז אַ זייער לאַנגזאַמע גיכקייט. אויב די באַוועגונג פֿון פרייע עלעקטראָנען איז אַזוי לאַנגזאַם, פֿאַרוואָס צינדט זיך אַן עלעקטריש ליכט גלייך אָן נאָכדעם ווי דער קנעפּל ווערט אָנגעצונדן?

כדי דאָס צו פֿאַרשטיין, באַטראַכט דעם פֿלוס פֿון עלעקטראָנען אין אַ קאַנדאַקטאָר ווי דעם פֿלוס פֿון וואַסער אין אַ שלאַנג. אויב דער שלאַנג איז אָנגעפֿילט מיט וואַסער, דעמאָלט אויב איין עק פֿון שלאַנג איז פֿאַרבונדן צו אַ קראַן, וועט וואַסער גלייך אַרויספֿליסן פֿון דעם אַנדערן עק. ענלעך, זענען דאָ פֿרײַע עלעקטראָנען אין דעם קופּער דראָט און דעם גלאָביר דראָט. ווען דער קנעפּל ווערט אָנגעצונדן, ווערט געשאַפֿן אַן עלעקטריש פֿעלד מיט אַ גיכקייט וואָס דערנענטערט זיך צו דער גיכקייט פֿון ליכט (גיכקייט פֿון ליכט = 3 x 108 ^מעטער /סעקונדע), וואָס פֿאַראורזאַכט אַז די פֿרײַע עלעקטראָנען זאָלן גלייך אָנהייבן צו באַוועגן זיך צוזאַמען. עס זענען שוין דאָ פֿרײַע עלעקטראָנען אין דעם גלאָביר דראָט, אַזוי די גלאָביר צינדט זיך גלייך אָן.