KASALUKUYANG DENSITY: ELEKTRIKAL NA PAGPAPADALOY AT MGA HALIMBAWA - PISIKAL - 2025

Tinatawag itong kasalukuyang density sa dami ng bawat per area area sa pamamagitan ng isang conductor. Ito ay isang dami ng vector, at ang modulus nito ay ibinibigay ng quotient sa pagitan ng instant instant na I na dumaan sa cross section ng conductor at sa lugar na S, kaya na:

Sinabi nito, ang mga yunit sa International System para sa kasalukuyang density vector ay amps bawat square meter: A / m ² . Sa vector form ang kasalukuyang density ay:

Ang kasalukuyang density vector. Pinagmulan: Wikimedia Commons.

Ang kasalukuyang density at kasalukuyang intensity ay nauugnay, bagaman ang dating ay isang vector at ang huli ay hindi. Ang kasalukuyang ay hindi isang vector sa kabila ng pagkakaroon ng magnitude at kahulugan, dahil ang pagkakaroon ng isang kagustuhan na direksyon sa espasyo ay hindi kinakailangan upang maitaguyod ang konsepto.

Gayunpaman, ang patlang ng kuryente na itinatag sa loob ng conductor ay isang vector, at nauugnay ito sa kasalukuyang. Sa intuitively, nauunawaan na ang patlang ay mas malakas kapag ang kasalukuyang ay mas malakas din, ngunit ang cross-sectional area ng conductor ay gumaganap din ng pagtukoy ng papel sa pagsasaalang-alang na ito.

Modelo ng pagpapadaloy ng kuryente

Sa isang piraso ng neutral na pagsasagawa ng wire tulad ng ipinakita sa Larawan 3, cylindrical sa hugis, ang mga carrier ng singil ay gumagalaw nang random sa anumang direksyon. Sa loob ng conductor, ayon sa uri ng sangkap na kung saan ito ginawa, magkakaroon ng n singil ng mga tagadala sa bawat dami ng yunit. Ito ay hindi dapat malito sa normal na vector patayo sa pagsasagawa ng ibabaw.

Ang isang piraso ng cylindrical conductor ay nagpapakita ng kasalukuyang mga carrier na gumagalaw sa iba't ibang direksyon. Pinagmulan: ginawa ng sarili.

Ang iminungkahing pagsasagawa ng materyal na modelo ay binubuo ng isang nakapirming ionic lattice at isang gas ng mga electron, na kasalukuyang mga carrier, bagaman ang mga ito ay kinakatawan dito na may isang + sign, dahil ito ang kombensyon para sa kasalukuyang.

Ano ang mangyayari kapag ang konduktor ay konektado sa isang baterya?

Kung gayon ang isang potensyal na pagkakaiba ay itinatag sa pagitan ng mga dulo ng conductor, salamat sa isang mapagkukunan na responsable sa paggawa ng gawain: ang baterya.

Ang isang simpleng circuit ay nagpapakita ng isang baterya na sa pamamagitan ng conductive wire ay nagpapagaan ng isang ilaw na bombilya. Pinagmulan: ginawa ng sarili.

Salamat sa potensyal na pagkakaiba na ito, ang kasalukuyang mga carrier ay nagpapabilis at magmartsa sa isang mas maayos na paraan kaysa sa kung kailan neutral ang materyal. Sa ganitong paraan nagawa niyang i-on ang bombilya ng circuit na ipinakita.

Sa kasong ito, ang isang electric field ay nilikha sa loob ng conductor na nagpapabilis ng mga electron. Siyempre, ang kanilang landas ay hindi libre: sa kabila ng katotohanan na ang mga elektron ay may pabilis, habang bumabangga sila sa crystalline lattice ay binibigyan nila ng ilang enerhiya at nagkakalat sa lahat ng oras. Ang pangkalahatang resulta ay lumipat sila nang kaunti nang maayos sa loob ng materyal, ngunit ang kanilang pag-unlad ay tiyak na kaunti.

Habang nagbanggaan sila ng crystalline lattice ay itinakda nila ito upang mag-vibrate, na nagreresulta sa pag-init ng conductor. Ito ay isang epekto na madaling napansin: ang mga conductive wires ay nagiging mainit kung sila ay dumaan sa pamamagitan ng isang de-koryenteng kasalukuyang.

Ang bilis ng pag-crawling

Ang mga kasalukuyang carrier ay mayroon nang isang pandaigdigang paggalaw sa parehong direksyon tulad ng electric field. Ang pandaigdigang bilis na mayroon sila ay tinawag na bilis ng pag-drag o bilis ng naaanod at sinasagisag bilang v _d .

Kapag naitatag ang isang potensyal na pagkakaiba, ang kasalukuyang mga carrier ay may mas maayos na paggalaw. Pinagmulan: ginawa ng sarili.

Maaari itong kalkulahin sa pamamagitan ng ilang mga simpleng pagsasaalang-alang: ang distansya na naglakbay sa loob ng conductor ng bawat maliit na butil, sa isang agwat ng oras dt ay v _d . dt. Tulad ng nakasaad bago, mayroong mga n partikulo bawat yunit ng dami, ang lakas ng tunog ay produkto ng cross-sectional area A at ang distansya ay naglakbay:

Kung ang bawat butil ay may singil q, anong halaga ng bayad dQ ang dumadaan sa lugar A sa isang agwat ng oras dt?

Ang instant instant current ay dQ / dt, samakatuwid:

Kapag ang singil ay positibo, v _d ay nasa parehong direksyon tulad ng E at J . Kung ang singil ay negatibo, ang v _d ay kabaligtaran sa larangan ng E , ngunit ang J at E ay may parehong direksyon din. Sa kabilang banda, kahit na ang kasalukuyang ay pareho sa buong circuit, ang kasalukuyang density ay hindi kinakailangang manatiling hindi nagbabago. Halimbawa, ito ay mas maliit sa baterya, na ang cross-sectional area ay mas malaki kaysa sa mga manipis na wire wire.

Pag-uugali ng isang materyal

Maisip na ang mga tagadala ng singil na gumagalaw sa loob ng conductor at patuloy na nagbabanggaan sa crystalline lattice, nahaharap sa isang puwersa na sumasalungat sa kanilang pagsulong, isang uri ng alitan o hindi masamang puwersa F _d na proporsyonal sa average na bilis na dalhin, iyon ay, ang bilis ng pag-drag:

F _d ∝ v

F _d = α. v _d

Ito ang modelo ng Drude-Lorentz, na nilikha sa simula ng ika-20 siglo upang ipaliwanag ang paggalaw ng kasalukuyang mga tagadala sa loob ng isang conductor. Hindi nito isinasaalang-alang ang mga epekto ng dami. Ang α ay ang pare-pareho ng proporsyonalidad, na ang halaga ay alinsunod sa mga katangian ng materyal.

Kung ang bilis ng pag-drag ay palaging, ang kabuuan ng mga puwersa na kumikilos sa isang kasalukuyang carrier ay zero. Ang iba pang puwersa ay na pinalakas ng patlang ng kuryente, na ang kalakhan ay Fe = qE:

Ang bilis ng entrainment ay maaaring ipahiwatig sa mga tuntunin ng kasalukuyang density, kung maayos itong malutas:

Mula saan:

Ang mga constants n, q at α ay naka-pangkat sa isang solong tawag σ, kaya na sa wakas ay nakakuha tayo:

Batas ni Ohm

Ang kasalukuyang density ay direktang proporsyonal sa larangan ng electric na itinatag sa loob ng conductor. Ang resulta na ito ay kilala bilang batas ng Ohm sa anyo ng mikroskopiko o batas ng lokal na Ohm.

Ang halaga ng σ = nq ² / α ay isang pare-pareho na nakasalalay sa materyal. Ito ay tungkol sa electrical conductivity o simpleng conductivity. Ang kanilang mga halaga ay naka-tabulate para sa maraming mga materyales at ang kanilang mga yunit sa International System ay amps / volt x meter (A / Vm), bagaman mayroong iba pang mga yunit, halimbawa S / m (siemens bawat metro).

Hindi lahat ng mga materyales ay sumusunod sa batas na ito. Ang mga ginagawa ay kilala bilang mga materyales na ohmic.

Sa isang sangkap na may mataas na kondaktibiti madaling magtatag ng isang electric field, habang sa isa pang may mababang kondaktibiti ay nangangailangan ng mas maraming trabaho. Ang mga halimbawa ng mga materyales na may mataas na kondaktibiti ay: graphene, pilak, tanso at ginto.

Mga halimbawa ng aplikasyon

-Naglutas ng halimbawang 1

Hanapin ang bilis ng entrainment ng mga libreng elektron sa isang tanso na wire ng cross-sectional area 2 mm ² kapag ang isang kasalukuyang ng 3 A ay dumaan dito.Ang Copper ay may 1 pagpapadaloy ng elektron para sa bawat atom.

Data: Ang bilang ni Avogadro = 6.023 10 ^{23 mga} particle bawat taling; singil ng elektron -1.6 x 10 ^-19 C; density ng tanso 8960 kg / m ³ ; molekular na bigat ng tanso: 63.55 g / mol.

Solusyon

Mula sa J = qnv _d ang laki ng bilis ng pag-drag ay na-clear:

Paano dumating agad ang mga ilaw?

Ang bilis na ito ay nakakagulat na maliit, ngunit dapat itong alalahanin na ang mga cargo carriers ay patuloy na nagbabanggaan at nagba-bounce sa loob ng driver, kaya hindi nila inaasahan na mabilis itong pumunta. Maaaring tumagal ng isang elektron halos isang oras upang pumunta mula sa baterya ng kotse patungo sa bombilya ng headlight halimbawa.

Sa kabutihang palad, hindi mo na kailangang maghintay na mahaba upang i-on ang mga ilaw. Ang isang elektron sa baterya ay mabilis na itinulak ang iba sa loob ng conductor, at sa gayon ang patlang ng kuryente ay itinatag nang napakabilis dahil ito ay isang electromagnetic wave. Ito ay ang kaguluhan na kumakalat sa loob ng kawad.

Ang mga electron ay magagawang tumalon sa bilis ng ilaw mula sa isang atom hanggang sa katabing isa at ang kasalukuyang nagsisimulang dumaloy sa parehong paraan na ginagawa ng tubig sa pamamagitan ng isang medyas. Ang mga patak sa simula ng medyas ay hindi katulad ng sa labasan, ngunit tubig pa rin ito.

- Nagawa na halimbawa 2

Ang figure ay nagpapakita ng dalawang konektadong mga wire, na gawa sa parehong materyal. Ang kasalukuyang pumapasok mula sa kaliwa hanggang sa manipis na bahagi ay 2 A. Naroon ang bilis ng entrainment ng mga electron ay 8.2 x 10 ^-4 m / s. Ipinapalagay na ang halaga ng kasalukuyang nananatiling patuloy, hanapin ang bilis ng entrainment ng mga electron sa bahagi sa kanan, sa m / s.

Solusyon

Sa manipis na seksyon: J ₁ = nq v _d1 = I / A ₁

At sa pinakamakapal na seksyon: J ₂ = nq v _d2 = I / A ₂

Ang kasalukuyang ay pareho para sa parehong mga seksyon, pati na rin n at q, samakatuwid:

Mga Sanggunian

1. Resnick, R. 1992. Pisika. Pangatlong pinalawak na edisyon sa Espanyol. Dami ng 2. Compañía Editorial Continental SA de CV
2. Mga Luha, Zemansky. 2016. Unibersidad sa Unibersidad na may Makabagong Pisika. ^Ika- 14 . Ed. Dami 2. 817-820.
3. Serway, R., Jewett, J. 2009. Physics para sa Agham at Teknikal na may Modern na pisika. Ika-7 Edition. Dami 2. Pag-aaral sa Cengage. 752-775.
4. Sevilla University. Kagawaran ng Nalalapat na pisika III. Density at intensity ng kasalukuyang. Nabawi mula sa: us.es
5. Walker, J. 2008. Physics. Ika-4 na Ed. Pearson. 725-728.