Discuție
definiții
curent
Curentul electric este definit ca fiind viteza cu care o sarcină circulă printr-o suprafață (secțiunea transversală a unui fir, de exemplu). În ciuda faptului că se referă la multe lucruri diferite, cuvântul curent este adesea folosit de unul singur în locul cuvântului mai lung și mai formal „curent electric”. Adjectivul „electric” este implicat de contextul situației descrise. Expresia „curent printr-un prăjitor de pâine” se referă cu siguranță la fluxul de electroni prin elementul de încălzire și nu la fluxul de felii de pâine prin fante.
Ca în cazul tuturor mărimilor definite ca rată, există două moduri de a scrie definiția curentului electric – curent mediu pentru cei care pretind că ignoră calculul…
| I = | ∆q |
| ∆t |
și curentul instantaneu pentru cei care nu se tem de calcul…
| I = |
lim ∆t→0
|
∆q | . = | dq |
| ∆t | dt |
Unitatea de curent este amperul , care poartă numele savantului francez André-Marie Ampère (1775-1836). În limbile scrise fără litere accentuate (și anume engleza) a devenit uzual să se scrie unitatea ca amper și, în comunicarea informală, să se prescurteze cuvântul în amp. Nu am nicio problemă cu niciuna dintre aceste ortografii. Doar să nu folosiți un „A” mare la început. Ampère se referă la un fizician, în timp ce ampère (sau ampere sau amp) se referă la o unitate.
Din moment ce sarcina se măsoară în coulombi și timpul se măsoară în secunde, un ampère este același lucru cu un coulombi pe secundă.
| ⎡ ⎢ ⎣ |
A = | C | ⎤ ⎥ ⎦ |
⎤ ⎥ ⎦ |
| s |
Cartea elementară este definită ca fiind exact…
e = 1.602176634 × 10-19 C
Numărul de sarcini elementare într-un coulomb ar fi reciproca acestui număr – o zecimală repetitivă cu o perioadă de 778,716 cifre. Voi scrie primele 19 cifre, care sunt cele mai multe pe care le pot scrie (deoarece nu există fracții arbitrare ale sarcinii elementare).
C ≈ 6,241,509,074,460,762,607 e
Și apoi îl voi scrie din nou cu un număr mai rezonabil de cifre, astfel încât să fie mai ușor de citit.
C ≈ 6,2415 × 1018 e
Un curent de un amper reprezintă atunci transferul a aproximativ 6,2415 × 1018 sarcini elementare pe secundă. Pentru cei cărora le plac coincidențele, aceasta este aproximativ egală cu zece micromoli.
Densitatea curentului
Când vizualizez curentul, văd lucruri în mișcare. Le văd mișcându-se într-o direcție. Văd un vector. Văd un lucru greșit. Curentul nu este o mărime vectorială, în ciuda simțului meu bine dezvoltat de intuiție științifică. Curentul este o mărime scalară. Și motivul este… pentru că este.
Dar așteptați, devine și mai ciudat. Raportul dintre curent și arie pentru o anumită suprafață este cunoscut sub numele de densitatea de curent.
| J = | I |
| A |
Unitatea de măsură a densității de curent este amperul pe metru pătrat, care nu are un nume special.
| ⎡ ⎢ ⎣ |
A | = | A | ⎤ ⎥ ⎦ |
| m2 | m2 |
În ciuda faptului că este raportul a două mărimi scalare, densitatea de curent este un vector. Și motivul este, pentru că este.
Bine… de fapt, este pentru că densitatea de curent este definită ca fiind produsul dintre densitatea de sarcină și viteza pentru orice loc din spațiu…
J = ρ v
Cele două ecuații sunt echivalente ca mărime, așa cum se arată mai jos.
| J = | ρ | v | ||||||||
| J = | q | ds | = | s | dq | = | 1 | I | ||
| V | dt | sA | dt | A | ||||||
| . | ||||||||||
| J = | I | |||||||||
| A | ||||||||||
Încă ceva de luat în considerare.
I = JA = ρvA
Cititorii familiarizați cu mecanica fluidelor ar putea recunoaște partea dreaptă a acestei ecuații dacă ar fi scrisă puțin diferit.
I = ρAv
Acest produs este cantitatea care rămâne constantă în ecuația de continuitate a masei.
ρ1A1v1 = ρ2A2v2
Exact aceeași expresie se aplică curentului electric, simbolul ρ schimbându-și semnificația în funcție de context. În mecanica fluidelor ρ reprezintă densitatea de masă, în timp ce în curentul electric reprezintă densitatea de sarcină.
Descriere microscopică
Curentul este fluxul de particule încărcate. Acestea sunt entități discrete, ceea ce înseamnă că pot fi numărate.
n = N/V
∆q = nqV
V = Ad = Av∆t
| I = | ∆q | = |
| ∆t | ∆t |
I = nqAv
O expresie similară poate fi scrisă pentru densitatea de curent. Derivarea începe în formă scalară, dar expresia finală folosește vectori.
| J = | I | = | nqAv |
| A | A |
J = nqv
solide
conducție vs. electroni de valență, conductori vs. izolatori
Mișcarea de derivare suprapusă peste mișcarea termică
Magnificare
Text de pod.
Viteza termică a electronilor dintr-un fir este destul de mare și variază aleatoriu datorită ciocnirilor atomice. Deoarece variațiile sunt haotice, viteza ajunge la o medie egală cu zero.
Când un fir este plasat într-un câmp electric, electronii liberi accelerează uniform în intervalele dintre coliziuni. Aceste perioade de accelerare ridică viteza medie peste zero. (Efectul a fost mult exagerat în această diagramă.)
Viteza termică a unui electron în cupru la temperatura camerei (aproximație clasică)…
|
||||
|
||||
|
viteza fermi a unui electron în cupru (valoare cuantică)…
|
|||
|
|||
|
viteza de derivă a unui electron în 10 m de fir de cupru conectat la o baterie de mașină de 12 V la temperatura camerei (timpul liber mediu între coliziuni la temperatura camerei τ = 3 × 10-14 s)…
|
|||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||
|
Viteza termică este cu câteva ordine de mărime mai mare decât viteza de derivă într-un fir tipic. Timpul de realizare a circuitului este de aproximativ o oră.
lichiduri
ioni, electroliți
gazuri
ioni, plasmă
- 2:02 PM – Deconectări ale liniei de transport în sud-vestul Ohio
4. Stuart – Atlanta 345 kV
Această linie face parte din traseul de transport din sud-vestul Ohio în nordul Ohio. Aceasta s-a deconectat de la sistem din cauza unui incendiu de vegetație sub o porțiune a liniei. Gazele fierbinți de la un incendiu pot ioniza aerul de deasupra unei linii de transport, făcând ca aerul să conducă electricitatea și să scurtcircuiteze conductorii.
Sursa
istoric
Simbolul I a fost ales pentru a reprezenta intensitatea unui curent de către fizicianul și matematicianul francez din secolul al XIX-lea André-Marie Ampère.
Magnifică Pentru a exprima în număr intensitatea unui curent oarecare, se concepe că s-a ales un alt curent arbitrar pentru termen de comparație…. Désignant donc par i et i’ les rapports des intensités des deux courants donnés à l’intensité du courant pris pour unite…. Pentru a exprima intensitatea unui curent sub forma unui număr, să presupunem că un alt curent arbitrar este ales pentru comparație…. Să folosim i și i′ pentru raporturile dintre intensitățile a doi curenți dați și intensitatea curentului de referință luat ca unitate…. André-Marie Ampère, 1826 André-Marie Ampère, 1826 (link plătit)
Termenul intensitate are acum o semnificație fără legătură în fizică. Curentul este viteza cu care încărcătura circulă printr-o suprafață de orice dimensiune – cum ar fi bornele unei baterii sau pinii unei prize electrice. Intensitatea este puterea medie pe unitatea de suprafață transferată de unele fenomene radiante – cum ar fi sunetul unei autostrăzi aglomerate, lumina Soarelui sau particulele de pulverizare emise de o sursă radioactivă. Curentul și intensitatea sunt acum mărimi diferite, cu unități diferite și utilizări diferite, motiv pentru care (bineînțeles) folosesc simboluri identice.
| curent | intensitate | |||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
|
Start of a table
- 12,000 A de curent prin magneții LHC de la CERN
.