Co to jest prąd elektryczny? W podręczniku do fizyki istnieje definicja:
ELEKTRYCZNOŚĆ- jest to uporządkowany (ukierunkowany) ruch naładowanych cząstek pod wpływem pola elektrycznego. Cząstkami mogą być: elektrony, protony, jony, dziury.
W podręcznikach akademickich definicja jest opisana w następujący sposób:
ELEKTRYCZNOŚĆ jest szybkością zmiany ładunku elektrycznego w czasie.
- Ładunek elektronu jest ujemny.
- protony- cząstki o ładunku dodatnim;
- neutrony- z ładunkiem neutralnym.
AKTUALNA SIŁA to liczba naładowanych cząstek (elektronów, protonów, jonów, dziur) przepływających przez przekrój poprzeczny przewodnika.
Wszystkie substancje fizyczne, w tym metale, składają się z cząsteczek składających się z atomów, które z kolei składają się z jąder i krążących wokół nich elektronów. Podczas reakcji chemicznych elektrony przechodzą z jednego atomu na drugi, dlatego atomom jednej substancji brakuje elektronów, a atomy innej substancji mają ich nadmiar. Oznacza to, że substancje mają przeciwne ładunki. Jeśli wejdą w kontakt, elektrony będą miały tendencję do przemieszczania się z jednej substancji do drugiej. Chodzi o ruch elektronów ELEKTRYCZNOŚĆ. Prąd, który będzie płynął do chwili, gdy ładunki obu substancji zrównają się. Odchodzący elektron zostaje zastąpiony innym. Gdzie? Od sąsiedniego atomu do niego - od sąsiada, więc do skrajności, do skrajności - od bieguna ujemnego źródła prądu (na przykład baterii). Z drugiego końca przewodnika elektrony trafiają do dodatniego bieguna źródła prądu. Kiedy wszystkie elektrony na biegunie ujemnym znikną, prąd ustanie (akumulator będzie martwy).
Prąd elektryczny nagrzewa przewodnik, przez który przepływa. Dlatego:
1. Jeśli domowa sieć elektryczna jest przeciążona, izolacja stopniowo zwęgla się i kruszy. Istnieje możliwość zwarcia, które jest bardzo niebezpieczne.
2. Prąd elektryczny przepływający przez przewody i sprzęt AGD napotyka opór, dlatego „wybiera” ścieżkę z najmniejszym oporem.
3. Jeśli nastąpi zwarcie, prąd gwałtownie wzrasta. Generuje to dużą ilość ciepła, które może stopić metal.
4. Zwarcie może również wystąpić z powodu wilgoci. Jeśli w wyniku zwarcia dojdzie do pożaru, to w przypadku narażenia na wilgoć urządzeń elektrycznych osoba pierwsza cierpi.
5. Porażenie prądem jest bardzo niebezpieczne i może zakończyć się śmiercią. Kiedy prąd elektryczny przepływa przez ludzkie ciało, opór tkanek gwałtownie maleje. W organizmie zachodzą procesy ogrzewania tkanek, niszczenia komórek i obumierania zakończeń nerwowych.
Jak uchronić się przed porażeniem prądem
Aby zabezpieczyć się przed narażeniem na prąd elektryczny, należy stosować środki ochrony przed porażeniem prądem elektrycznym: pracować w rękawicach gumowych, używać maty gumowej, prętów wyładowczych, urządzeń uziemiających sprzęt, stanowiska pracy. Automatyczne wyłączniki z zabezpieczeniem termicznym i prądowym są również dobrym zabezpieczeniem przed porażeniem prądem, które może uratować życie ludzkie. Kiedy nie mam pewności, czy nie ma niebezpieczeństwa porażenia prądem, wykonując proste operacje na tablicach elektrycznych lub zespołach urządzeń, zwykle pracuję jedną ręką, a drugą rękę wkładam do kieszeni. Eliminuje to możliwość porażenia prądem na drodze ręka w rękę w przypadku przypadkowego kontaktu z korpusem ekranu lub innymi masywnymi, uziemionymi obiektami.
Do gaszenia pożaru, który ma miejsce na sprzęcie elektrycznym, stosuje się wyłącznie gaśnice proszkowe lub na dwutlenek węgla. Gaśnice proszkowe są lepsze, jednak po zasypaniu sprzętu pyłem z gaśnicy nie zawsze udaje się odnowić ten sprzęt.
Definicja 1
Prąd to proces, podczas którego (pod bezpośrednim wpływem pola elektrycznego) zaczynają się poruszać pewne naładowane cząstki.
Takimi naładowanymi cząstkami mogą być różne pierwiastki (wszystko będzie zależeć od sytuacji). Na przykład w przypadku przewodników elektrony będą działać jako takie cząstki.
Pojęcie aktualnej siły
Natężenie prądu elektrycznego będzie wielkością charakteryzującą porządek przemieszczania się ładunków elektrycznych, liczbowo równą ilości ładunku $\delta q$, który w tym przypadku przepływa przez określoną powierzchnię $S$ (odpowiadającą przekrojowi przewodnik) w jednostce czasu:
$I=\frac(\delta q)(\delta t)$
Aby wyznaczyć natężenie prądu $I$, należy podzielić ładunek elektryczny $\delta q$, który przeszedł przez przekrój przewodnika w czasie $\delta t$, przez ten czas.
Siła prądu będzie zależała od ładunku przenoszonego przez wszystkie cząstki, prędkości ich ruchu zorientowanego w określonym kierunku i pola przekroju poprzecznego przewodnika.
Rozważmy przewodnik o polu przekroju poprzecznego $S$. Oznaczamy ładunek wszystkich cząstek jako $q_о$. Objętość przewodnika, ograniczona dwiema sekcjami, zawiera cząstki $nS\delta l$, gdzie $n$ oznacza ich stężenie. Ich łączna opłata będzie następująca:
$q=(q_о)(nS\delta I)$
Pod warunkiem, że cząstki poruszają się ze średnią prędkością $v$, w czasie $\delta t=\frac(\delta I)(v)$ wszystkie cząstki zawarte w rozpatrywanej objętości będą miały czas na przejście przez drugi krzyżyk przekroju, co oznacza, że aktualne natężenie odpowiada obliczeniom według wzoru:
$I=(q_о)(nvS)$, gdzie:
- $I$ - oznaczenie natężenia prądu elektrycznego, mierzone w amperach (A) lub kulombach/sekundę;
- $q$ - ładunek przemieszczający się wzdłuż przewodnika, jednostka miary kulomby (C);
W SI jednostka prądu jest uważana za podstawową i nazywa się ją amperem (A). Wybranym urządzeniem pomiarowym jest amperomierz, którego zasada działania opiera się na magnetycznym działaniu prądu.
Notatka 1
Oszacowując prędkość uporządkowanego ruchu elektronów wewnątrz przewodnika, dokonaną według wzoru dla przewodnika miedzianego o polu przekroju poprzecznego jednego milimetra kwadratowego, otrzymujemy nieistotną wartość (0,1 mm/s).
Różnica między prądem a napięciem
W fizyce rozróżnia się pojęcia takie jak „natężenie prądu” i „napięcie”. Istnieją między nimi pewne różnice, których rozważenie jest ważne dla zrozumienia zasady działania prądu.
„Natężenie prądu” odnosi się do określonej ilości energii elektrycznej, „napięcia”, a jednocześnie jest uważane za miarę energii potencjalnej. Co więcej, pojęcia te są dość silnie współzależne. Najważniejsze czynniki na nie wpływające to:
- materiał przewodnika;
- temperatura;
- warunki zewnętrzne.
Różnice można zaobserwować także w sposobie ich przygotowania. Jeżeli w przypadku wystawienia na działanie ładunków elektrycznych wytworzy się napięcie, to w wyniku działania napięcia pomiędzy punktami obwodu powstanie prąd. Istnieje również różnica w porównaniu z taką koncepcją, jak „zużycie energii”. Będzie polegać właśnie na władzy. Jeśli więc do scharakteryzowania energii potencjalnej wymagane jest napięcie, wówczas prąd będzie już charakteryzował energię kinetyczną.
Metody określania natężenia prądu
Siłę prądu oblicza się w praktyce za pomocą specjalnych przyrządów pomiarowych lub za pomocą odrębnych wzorów (w zależności od dostępności danych początkowych). Podstawowy wzór według którego obliczana jest moc prądu wygląda następująco:
Energia elektryczna może być stała (na przykład prąd zawarty w akumulatorze) lub zmienna (prąd w gniazdku). Oświetlenie pomieszczeń i działanie wszystkich urządzeń elektrycznych następuje właśnie pod wpływem prądu przemiennego. Główną różnicą między prądem przemiennym a prądem stałym jest jego silniejsza tendencja do transformacji.
Wyraźnym przykładem wpływu prądu przemiennego może być również efekt włączenia świetlówek. Tak więc podczas włączania takiej lampy naładowane cząstki zaczynają poruszać się do przodu i do tyłu, co wyjaśnia działanie prądu przemiennego. Ten rodzaj energii elektrycznej jest uważany za najbardziej powszechny w życiu codziennym. Zgodnie z prawem Ohma natężenie prądu oblicza się ze wzoru (dla odcinka obwodu elektrycznego):
Zatem natężenie prądu okazuje się wprost proporcjonalne do napięcia $U$, mierzonego w woltach, na odcinku obwodu i odwrotnie proporcjonalne do rezystancji $R$ przewodnika określonego odcinka, wyrażonej w omach . Obliczanie mocy elektrycznej w pełnym obwodzie oblicza się w następujący sposób:
$I=\frac(E)(R+r)$, gdzie:
- $E$ - siła elektromotoryczna, pole elektromagnetyczne, wolt;
- $R$ - rezystancja zewnętrzna, Ohm;
- $r$ - rezystancja wewnętrzna, Ohm.
Główne metody określania natężenia prądu za pomocą systemów przyrządów w praktyce są następujące:
- Magnetoelektryczna metoda pomiaru. Jego zaletami są wysoka czułość i dokładność odczytów przy niskim zużyciu energii. Metodę tę stosuje się wyłącznie przy określaniu wielkości prądu stałego.
- Metoda elektromagnetyczna polega na wyznaczaniu natężenia prądów przemiennych i stałych poprzez proces transformacji pola elektromagnetycznego na sygnał z modułowego czujnika magnetycznego.
- Metoda pośrednia ma na celu określenie napięcia przy określonej rezystancji za pomocą woltomierza.
Uwaga 2
Aby określić natężenie prądu, w praktyce często stosuje się specjalne urządzenie, amperomierz. Takie urządzenie podłącza się do przerw w obwodzie elektrycznym w wymaganym punkcie pomiaru siły ładunku elektrycznego, który przeszedł przez przekrój drutu w pewnym okresie czasu.
Przy określaniu wielkości natężenia małej energii elektrycznej stosuje się miliamperometry, mikroamperomierze, a także galwanometry, które są również podłączone do określonego miejsca w obwodzie, w którym konieczne jest znalezienie natężenia prądu. Połączenie można wykonać na dwa sposoby:
- spójny;
- równoległy.
Określanie ilości pobieranego prądu nie jest tak często stosowane jak pomiar napięcia lub rezystancji. Jednocześnie bez obliczenia fizycznej wartości prądu niemożliwe staje się obliczenie zużycia energii.
16. Prąd elektryczny. Aktualna siła. Gęstość prądu
Prąd elektryczny to ukierunkowany ruch cząstek naładowanych elektrycznie pod wpływem pola elektrycznego.
Natężenie prądu (I) jest wielkością skalarną równą stosunkowi ładunku (q) przechodzącego przez przekrój przewodnika do czasu (t), w którym płynął prąd.
I=q/t, gdzie I to prąd, q to ładunek, t to czas.
Jednostka natężenia prądu w układzie SI: [I]=1A (amper)
17. Źródła aktualne. Źródło: ems
Źródło prądu to urządzenie, w którym pewien rodzaj energii jest przekształcany w energię elektryczną.
Pole elektromagnetyczne jest charakterystyką energetyczną źródła. Jest to wielkość fizyczna równa stosunkowi pracy wykonanej przez siły zewnętrzne podczas przemieszczania ładunku elektrycznego wzdłuż obwodu zamkniętego do tego ładunku:
Mierzone w woltach (V).
Źródło pola elektromagnetycznego jest siecią dwuzaciskową, której napięcie na zaciskach nie zależy od prądu przepływającego przez źródło i jest równe jego polu elektromagnetycznemu. Źródłowa siła elektromotoryczna może być ustawiona jako stała, jako funkcja czasu lub jako funkcja zewnętrznego wpływu sterującego.
18. Prawo Ohma : natężenie prądu płynącego przez jednorodny odcinek przewodnika jest wprost proporcjonalne do spadku napięcia na przewodniku:
-Prawo Ohma w postaci całkowej R – opór elektryczny przewodnika
Odwrotność oporu nazywa się przewodnością. Odwrotność rezystywności nazywa się przewodnością. Odwrotność Ohma nazywa się Siemens [Sm].
- Prawo Ohma w postaci różniczkowej.
19. Uogólnione prawo Ohma
Uogólnione prawo Ohma wyznacza zależność pomiędzy podstawowymi wielkościami elektrycznymi w odcinku obwodu prądu stałego zawierającym rezystor i idealnym źródle emf (rys. 1.2):
Wzór obowiązuje dla dodatnich kierunków spadku napięcia w przekroju obwodu wskazanym na ryc. 1.2 ( Uab), idealne źródło pola elektromagnetycznego ( mi) i dodatni kierunek prądu ( I).
Prawo Joule’a-Lenza
Wyrażenie prawa Joule'a-Lenza
Integralna forma prawa
Jeśli założymy, że siła prądu i rezystancja przewodnika nie zmieniają się w czasie, wówczas prawo Joule'a-Lenza można zapisać w uproszczonej formie:
Stosując prawo Ohma i przekształcenia algebraiczne otrzymujemy poniższe równoważne wzory:
Równoważne wyrażenia ciepła zgodnie z prawem Ohma
Słowna definicja prawa Joule'a-Lenza
Jeśli założymy, że siła prądu i rezystancja przewodnika nie zmieniają się w czasie, wówczas prawo Joule'a-Lenza można zapisać w uproszczonej formie:
20. Pole magnetyczne - pole siłowe działające na poruszające się ładunki elektryczne i na ciała posiadające moment magnetyczny, niezależnie od stanu ich ruchu; składnik magnetyczny pola elektromagnetycznego
Pole magnetyczne może być wytworzone przez prąd naładowanych cząstek i/lub momenty magnetyczne elektronów (oraz momenty magnetyczne innych cząstek, które zwykle objawiają się w znacznie mniejszym stopniu) (magnesy trwałe).
Ponadto powstaje w wyniku zmiany pola elektrycznego w czasie.
Główną cechą siły pola magnetycznego jest wektor indukcji magnetycznej (wektor indukcji pola magnetycznego). Z matematycznego punktu widzenia jest to pole wektorowe, które definiuje i określa fizyczne pojęcie pola magnetycznego. Często dla zwięzłości wektor indukcji magnetycznej nazywany jest po prostu polem magnetycznym (chociaż prawdopodobnie nie jest to najściślejsze użycie tego terminu).
Inną podstawową cechą pola magnetycznego (alternatywną dla indukcji magnetycznej i ściśle z nią powiązaną, prawie równą jej wartością fizyczną) jest potencjał wektorowy .
Razem magnetyczne ielektrycznyformularz pólpole elektromagnetyczne, czego przejawem są w szczególnościświatłoi wszystkie innefale elektromagnetyczne.
Tworzy się (generuje) pole magnetyczneprąd cząstek naładowanychlub zmienia się w czasiepole elektrycznelub własnemomenty magnetycznecząstki (te ostatnie dla ujednolicenia obrazu można formalnie sprowadzić do prądów elektrycznych)
Graficzne przedstawienie pól magnetycznych
Linie indukcji magnetycznej służą do graficznego przedstawiania pól magnetycznych. Linia indukcji magnetycznej to linia, w każdym punkcie której wektor indukcji magnetycznej jest skierowany stycznie do niej.
| " |
Prąd elektryczny to ukierunkowany ruch ładunków elektrycznych. Wielkość prądu zależy od ilości prądu przepływającego przez przekrój poprzeczny przewodnika w jednostce czasu.
Nie możemy jeszcze w pełni scharakteryzować prądu elektrycznego na podstawie ilości prądu przepływającego przez przewodnik. Rzeczywiście, ilość energii elektrycznej równa jednemu kulombowi może przepłynąć przez przewodnik w ciągu jednej godziny i taka sama ilość energii elektrycznej może przez niego przepłynąć w ciągu jednej sekundy.
Natężenie prądu elektrycznego w drugim przypadku będzie znacznie większe niż w pierwszym, ponieważ ta sama ilość prądu przepływa w znacznie krótszym czasie. Aby scharakteryzować natężenie prądu elektrycznego, ilość prądu przepływającego przez przewodnik jest zwykle wyrażana w jednostce czasu (sekunda). Ilość prądu przepływającego przez przewodnik w ciągu jednej sekundy nazywa się natężeniem prądu. Jednostką prądu w układzie jest amper (A).
Natężenie prądu to ilość prądu przepływającego przez przekrój przewodnika w ciągu jednej sekundy.
Obecna siła jest oznaczona angielską literą I.
Amper to jednostka prądu elektrycznego (jeden z ), oznaczona przez A. 1 A jest równa sile niezmiennego prądu, który przechodząc przez dwa równoległe proste przewodniki o nieskończonej długości i pomijalnie małym okrągłym polu przekroju poprzecznego, zlokalizowany w odległości 1 m od siebie w próżni wywołałyby siłę oddziaływania równą 2 10 –7 N na metr długości na odcinku przewodnika o długości 1 m.
Natężenie prądu w przewodniku jest równe jednemu amperowi, jeśli przez jego przekrój co sekundę przepływa jeden kulomb prądu elektrycznego.
Amper to natężenie prądu elektrycznego, przy którym w ciągu sekundy przez przekrój przewodnika przepływa ilość energii elektrycznej równa jednemu kulombowi: 1 amper = 1 kulomb/1 sekunda.
Często stosuje się jednostki pomocnicze: 1 miliamper (mA) = 1/1000 ampera = 10 -3 ampera, 1 mikroamper (mA) = 1/1000000 ampera = 10 -6 ampera.
Jeżeli znana jest ilość prądu elektrycznego przepływającego przez przekrój przewodnika w określonym czasie, to natężenie prądu można obliczyć ze wzoru: I=q/t
Jeżeli w obwodzie zamkniętym bez odgałęzień płynie prąd elektryczny, to przez dowolny przekrój (w dowolne miejsce obwodu) w ciągu sekundy przepływa taka sama ilość prądu, niezależnie od grubości przewodów. Wyjaśnia to fakt, że ładunki nie mogą gromadzić się w żadnym miejscu przewodnika. Stąd, Natężenie prądu jest takie samo w dowolnym miejscu obwodu elektrycznego.
W złożonych obwodach elektrycznych z różnymi gałęziami zasada ta (prąd stały we wszystkich punktach obwodu zamkniętego) oczywiście obowiązuje, ale dotyczy tylko poszczególnych odcinków obwodu ogólnego, co można uznać za proste.
Pomiar prądu
Do pomiaru prądu służy urządzenie zwane amperomierzem. Do pomiaru bardzo małych prądów stosuje się miliamperometry i mikroamperometry, czyli galwanometry. Na ryc. 1. pokazuje konwencjonalne graficzne przedstawienie amperomierza i miliamperomierza w obwodach elektrycznych.
Ryż. 1. Symbole amperomierza i miliamperomierza
Ryż. 2. Amperomierz
Aby zmierzyć prąd, należy podłączyć amperomierz do obwodu otwartego (patrz rys. 3). Zmierzony prąd przepływa od źródła przez amperomierz i odbiornik. Igła amperomierza pokazuje prąd w obwodzie. Gdzie dokładnie włączyć amperomierz, tj. przed odbiornikiem (liczeniem) lub po nim, jest całkowicie obojętne, ponieważ natężenie prądu w prostym obwodzie zamkniętym (bez odgałęzień) będzie takie samo we wszystkich punktach obwodu.
Ryż. 3. Włącz amperomierz
Czasami błędnie uważa się, że amperomierz podłączony przed odbiornikiem będzie pokazywał większe natężenie prądu niż amperomierz podłączony za odbiornikiem. W tym przypadku uważa się, że „część prądu” jest wydawana u konsumenta w celu jego aktywacji. Jest to oczywiście nieprawda. Oto dlaczego.
Prąd elektryczny w przewodniku metalowym jest procesem elektromagnetycznym, któremu towarzyszy uporządkowany ruch elektronów wzdłuż przewodnika. Energia jest jednak przenoszona nie przez elektrony, ale przez pole elektromagnetyczne otaczające przewodnik.
Dokładnie taka sama liczba elektronów przechodzi przez dowolny przekrój przewodników w prostym obwodzie elektrycznym. Jakakolwiek liczba elektronów pochodzi z jednego bieguna źródła energii elektrycznej, taka sama liczba przejdzie przez odbiornik i oczywiście trafi na drugi biegun źródła, ponieważ elektrony, jako cząstki materialne, nie mogą zostać skonsumowane podczas ich ruch.
Ryż. 4. Pomiar prądu za pomocą multimetru
W technologii istnieją prądy bardzo wysokie (tysiące amperów) i bardzo małe (milionowe części ampera). Na przykład natężenie prądu kuchenki elektrycznej wynosi około 4–5 amperów, żarówek - od 0,3 do 4 amperów (i więcej). Prąd przepływający przez fotokomórki wynosi tylko kilka mikroamperów. W głównych przewodach podstacji dostarczających energię elektryczną do sieci tramwajowej prąd sięga tysięcy amperów.
« Fizyka – klasa 10”
Elektryczność- ukierunkowany ruch cząstek naładowanych. Dzięki prądowi elektrycznemu oświetlane są mieszkania, wprawiane w ruch obrabiarki, podgrzewane palniki na piecach elektrycznych, działa radio itp.
Rozważmy najprostszy przypadek ukierunkowanego ruchu cząstek naładowanych - prąd stały.
Jaki ładunek elektryczny nazywamy elementarnym?
Co to jest elementarny ładunek elektryczny?
Jaka jest różnica między ładunkami w przewodniku i dielektryku?
Kiedy naładowane cząstki poruszają się w przewodniku, ładunek elektryczny jest przenoszony z jednego punktu do drugiego. Jeśli jednak naładowane cząstki przejdą losowy ruch termiczny, na przykład wolne elektrony w metalu, wówczas przeniesienie ładunku nie nastąpi (ryc. 15.1, a). Przekrój poprzeczny przewodnika przeciętnie przecina tę samą liczbę elektronów w dwóch przeciwnych kierunkach. Ładunek elektryczny jest przenoszony przez przekrój przewodnika tylko wtedy, gdy wraz z przypadkowym ruchem elektrony uczestniczą w ruchu ukierunkowanym (ryc. 15.1, b). W tym przypadku mówią, że konduktor jedzie Elektryczność.
Prąd elektryczny to uporządkowany (ukierunkowany) ruch naładowanych cząstek.
Prąd elektryczny ma określony kierunek.
Za kierunek prądu przyjmuje się kierunek ruchu dodatnio naładowanych cząstek.
Jeśli poruszasz ogólnie neutralnym ciałem, to pomimo uporządkowanego ruchu ogromnej liczby elektronów i jąder atomowych nie pojawi się żaden prąd elektryczny. Całkowity ładunek przeniesiony przez dowolny przekrój będzie równy zeru, ponieważ ładunki o różnych znakach poruszają się z tą samą średnią prędkością.
Kierunek prądu pokrywa się z kierunkiem wektora natężenia pola elektrycznego. Jeżeli prąd powstaje w wyniku ruchu ujemnie naładowanych cząstek, wówczas kierunek prądu uważa się za przeciwny do kierunku ruchu cząstek.
Wybór kierunku prądu nie jest zbyt udany, ponieważ w większości przypadków prąd reprezentuje uporządkowany ruch elektronów – cząstek naładowanych ujemnie. Wyboru kierunku prądu dokonano w czasach, gdy nic nie było wiadomo o swobodnych elektronach w metalach.
Działanie prądu.
Nie widzimy bezpośrednio ruchu cząstek w przewodniku. Obecność prądu elektrycznego należy oceniać na podstawie działań lub zjawisk mu towarzyszących.
Po pierwsze, przewodnik, przez który przepływa prąd, nagrzewa się.
Po drugie, prąd elektryczny może zmienić skład chemiczny przewodnika: na przykład uwolnić jego składniki chemiczne (miedź z roztworu siarczanu miedzi itp.).
Po trzecie, prąd wywiera siłę na sąsiednie prądy i namagnesowane ciała. To działanie prądu nazywa się magnetyczny.
W ten sposób igła magnetyczna obraca się w pobliżu przewodnika z prądem. Magnetyczne działanie prądu, w przeciwieństwie do chemicznego i termicznego, jest najważniejsze, ponieważ objawia się we wszystkich bez wyjątku przewodnikach. Działanie chemiczne prądu obserwuje się tylko w roztworach i stopach elektrolitów, a w nadprzewodnikach nie ma ogrzewania.
W żarówce w wyniku przepływu prądu elektrycznego emitowane jest światło widzialne, a silnik elektryczny wykonuje pracę mechaniczną.
Aktualna siła.
Jeżeli w obwodzie płynie prąd elektryczny, oznacza to, że w przekroju przewodnika stale przepływa ładunek elektryczny.
Ładunek przenoszony w jednostce czasu służy jako główna charakterystyka ilościowa prądu, tzw obecna siła.
Jeżeli przez przekrój przewodnika przepłynie ładunek Δq w czasie Δt, to średnia wartość prądu będzie równa
Średnie natężenie prądu jest równe stosunkowi ładunku Δq przechodzącego przez przekrój przewodnika w przedziale czasu Δt do tego okresu.
Jeżeli natężenie prądu nie zmienia się w czasie, wówczas wywoływany jest prąd stały.
Natężenie prądu przemiennego w danym czasie określa się również wzorem (15.1), ale okres czasu Δt w tym przypadku powinien być bardzo mały.
Siła prądu, podobnie jak ładunek, jest wielkością skalarną. Ona może być taka pozytywny, Więc negatywny. Znak prądu zależy od tego, który z kierunków wokół obwodu zostanie uznany za dodatni. Natężenie prądu I > 0, jeśli kierunek prądu pokrywa się z warunkowo wybranym dodatnim kierunkiem wzdłuż przewodnika. W przeciwnym razie ja< 0.
Zależność natężenia prądu od prędkości kierunkowego ruchu cząstek.
Niech przewodnik cylindryczny (ryc. 15.2) ma przekrój poprzeczny o powierzchni S.
Dla dodatniego kierunku prądu w przewodniku przyjmujemy kierunek od lewej do prawej. Ładunek każdej cząstki będzie uważany za równy q 0. Objętość przewodnika, ograniczona przekrojami 1 i 2 oraz odległością Δl między nimi, zawiera cząstki nSΔl, gdzie n jest koncentracją cząstek (nośników prądu). Ich całkowity ładunek w wybranej objętości wynosi q = q 0 nSΔl. Jeśli cząstki poruszają się od lewej do prawej ze średnią prędkością υ, to w tym czasie wszystkie cząstki zawarte w rozpatrywanej objętości przejdą przez przekrój 2. Zatem natężenie prądu jest równe:
Jednostką prądu w układzie SI jest amper (A).
Jednostka ta jest ustalana na podstawie magnetycznego oddziaływania prądów.
Zmierz siłę prądu amperomierze. Zasada konstrukcji tych urządzeń opiera się na magnetycznym działaniu prądu.
Prędkość uporządkowanego ruchu elektronów w przewodniku.
Znajdźmy prędkość uporządkowanego ruchu elektronów w metalowym przewodniku. Zgodnie ze wzorem (15.2) gdzie e jest modułem ładunku elektronu.
Niech na przykład natężenie prądu I = 1 A i pole przekroju poprzecznego przewodu S = 10 -6 m 2. Moduł ładunku elektronu e = 1,6 10 -19 C. Liczba elektronów w 1 m3 miedzi jest równa liczbie atomów w tej objętości, ponieważ jeden z elektronów walencyjnych każdego atomu miedzi jest wolny. Liczba ta wynosi n ≈ 8,5 10 28 m -3 (liczbę tę można wyznaczyć rozwiązując zadanie 6 z § 54). Stąd,
Jak widać prędkość uporządkowanego ruchu elektronów jest bardzo mała. Jest ona wielokrotnie mniejsza niż prędkość termicznego ruchu elektronów w metalu.
Warunki niezbędne do istnienia prądu elektrycznego.
Konieczne jest pojawienie się i istnienie stałego prądu elektrycznego w substancji bezpłatny naładowane cząstki.
Jednak to wciąż za mało, aby wystąpił prąd.
Aby wytworzyć i utrzymać uporządkowany ruch naładowanych cząstek, wymagana jest siła, która działa na nie w określonym kierunku.
Jeśli ta siła przestanie działać, wówczas uporządkowany ruch naładowanych cząstek ustanie w wyniku zderzeń z jonami sieci krystalicznej metali lub obojętnymi cząsteczkami elektrolitów, a elektrony będą poruszać się losowo.
Jak wiemy, na cząstki naładowane działa pole elektryczne o sile:
Zwykle to pole elektryczne wewnątrz przewodnika powoduje i utrzymuje uporządkowany ruch naładowanych cząstek.
Tylko w przypadku statycznym, gdy ładunki znajdują się w spoczynku, pole elektryczne wewnątrz przewodnika wynosi zero.
Jeżeli wewnątrz przewodnika występuje pole elektryczne, to pomiędzy końcami przewodnika występuje różnica potencjałów zgodnie ze wzorem (14.21). Jak pokazał eksperyment, gdy różnica potencjałów nie zmienia się w czasie, a stały prąd elektryczny. Wzdłuż przewodnika potencjał maleje od wartości maksymalnej na jednym końcu przewodnika do minimum na drugim, ponieważ ładunek dodatni pod wpływem sił pola przemieszcza się w kierunku malejącego potencjału.