Автоматизация Автоматизация Архитектура Астрономия Одит Биология Счетоводство Военна наука Генетика География Геология Държавна къща Друга журналистика и средства за масова информация Изкуство Чужди езици Компютърни науки История Компютри Компютри Кулинарна култура Лексикология Литература Логика Маркетинг Математика Механика Механика Мениджмънт Метал и заваръчна механика Музика Население Образование Безопасност на живота Охрана на труда Педагогика Политика Право инструмент за програмиране производство Industries Психология P Дио Религия Източници Communication Социология на спорта стандартизация Строителство Технологии Търговия Туризъм Физика Физиология Философия Финанси Химически съоръжения Tsennoobrazovanie скициране Екология иконометрия Икономика Електроника Yurispundenktsiya

Характеристики на електрически ток

Прочетете още:
  1. I. Схема на характеристиката.
  2. И характеристиките на изхода на системата са зависими (ендогенни) променливи и във векторна форма имат формата
  3. Акустични вибрации, тяхната класификация, характеристики, вредно въздействие върху човешкото тяло, разпределение.
  4. Амплитудни честотни характеристики на различни устройства, които измерват честотата на електрическите сигнали.
  5. Амплитудни и фазови честотни характеристики
  6. Антирецесионни характеристики на управлението на персонала
  7. Антропометрични характеристики на хората
  8. Антропометрични характеристики на хората.
  9. ОСНОВНИ ХАРАКТЕРИСТИКИ НА КОМПАНИЯТА
  10. СЛУЧАЙНО ДЕЙСТВИЕ НА ЕЛЕКТРИЧЕСКИТЕ ТЕКУЩИ
  11. Бюджетната система на Украйна: основни характеристики
  12. Вектор на електрическо изместване (електрическа индукция) Г. Обобщение на Gauss теорема за материята.

Всички заредени тела взаимодействат помежду си чрез електрически сили, които за стационарните частици са описани от Закона за Кулон. При относителното движение на заредените частици силата на взаимодействие се променя. Следователно движещите се частици създават поле, различно от електростатичното, поле, наречено магнитно поле. Ако заредените частици се движат случайно, то общото магнитно поле се оказва нулево. Следователно, когато се описва движението на заредените частици, най-интересното е усредненото насочено движение, което води до прехвърлянето на електрическия заряд.

Сега е широко известно, че електрическите заряди имат дискретна структура, т.е. носители на заряд са елементарни частици - електрони, протони и др. В повечето практически значими случаи обаче тази дискретност на зарядите не се появява, затова моделът на непрекъсната електрично заредена среда описва добре явленията, свързани с движението на заредени частици, тоест с електрически ток.

При електростатиката въведехме концепцията за обемната плътност на електрическия заряд ρ , като осреднена характеристика на разпределението на дискретни точкови заряди. В рамките на този модел може да се говори за движението на заряди като движението на определена непрекъсната среда и да се използва математическият апарат, който се счита за нас при описването на движението на течност, т.е. да се въведат концепциите за скоростта на движение на "електрическа течност в дадена точка" .d. Обаче ние не се интересуваме толкова от движението на самата "електрическа течност", колкото и от електрическото зареждане, което се носи от нея.

Нека разгледаме определена пространствена област, в която се движат електрически заряди ("електрическа течност"), фигурата показва текущите линии на това движение. В този район отделяме малка площ от площ Δ S, перпендикулярна на текущите линии (фиг.268). Нека скоростта на движение на заряда в зоната да бъде ⃗. В продължение на период от време Δ t, зареден в обем на паралелепипед с дължина υ Δ t , поддържан от избраната област, ще премине през зоната (фиг.269).

Стойността на това зареждане е равна на Δ q = ∂ Δt Δ S. За да се определи характеристиката "точка" на преноса на заряда, разделяме размера на заряда, преминаващ през подложката, в зоната на сайта и разглеждания интервал от време. Така получената характеристика се нарича плътност на електрически ток



j = Δ q Δt ΔS = пр . (1)

Има смисъл да се разглежда тази характеристика като вектор, чиято посока съвпада с посоката на скоростта на зареждането

j ⃗ = </ s >. (2)

По този начин плътността на електрически ток е векторно физическо количество, чийто модул е ​​равен на количеството електрически заряд, протичащ на единица време, през площта на единица площ, разположена перпендикулярно на посоката на зареждане, и посоката съвпада с посоката на предаване на електрически заряд .

За да се определи плътността на тока "на всяка точка", разглежданата област трябва да се направи безкрайно.

Нека разгледаме дефиницията на плътността на електрически ток от гледна точка на дискретно описание. Избираме в обема на движение на дискретните заряди малка част от обема ΔV, съдържаща много заредени частици (Фигура 270). Ние броим всички заредени частици в този обем; ние обозначаваме стойностите на зарядите на тези частици q k и техните скорости υk (k = 1,2,3 ... N). Изграждаме векторната сума J ⃗ = Σ kqkυk . Ако движението на заредените частици е хаотично, то скоростите на частиците са еднакво вероятни във всички посоки, тогава дадена сума ще бъде приблизително равна на нула, ако в движението на заредените частици има преобладаваща посока, конструираната стойност ще покаже посоката на трансфера на заряда и ще характеризира размера на това зареждане. За да бъде така конструираната характеристика да бъде точкова, е необходимо тя да се раздели на стойността на разпределения обем и да се насочи последната към нула

j ⃗ = Σ kqkk Δ V. (3)

Нека сега да покажем, че така конструираното количество съвпада с горната плътност на тока, определена по-горе. За простота предполагаме, че всички заредени частици са еднакви q q = q (например, електрони в метала). Нека да определим средната аритметична скорост на частиците < υ ⃗> = Σ kN , от които следваме, че Σ kk = N < υ ⃗>. Като се вземе предвид този израз, формулата се трансформира във формата

‡ Зареждане ...

j ⃗ = Σ kqkk Δ V = q Σ kk k Δ V = qN < υ ⃗> Δ V = qn < υ ⃗>, (4)

където n = N Δ V е броят на заредените частици на единица обем, т.е. тяхната концентрация. Продуктът на концентрацията на частиците върху техния електрически заряд е равен на електрическия заряд, затворен в единичен обем, т.е. обемната заряд на заряда qn = ρ . Така формулата (4) съвпада с формула (2), ако скоростта на движение на "електрическата течност" е идентифицирана със средната скорост на движение на заредените частици.

Като визуален модел на движението на заредените частици можем да си представим движенията на облак от комари, всеки от които се движи хаотично в облака и под влиянието на бриз този облак е напълно изместен в някаква посока.

Ако в преноса на заряд участват няколко типа заредени частици, тогава може да се определи текущата плътност на всеки тип част и общата плътност на тока като сума от настоящите плътности на всички видове частици. Така че в разтвор на маса сол може да се движат положително натоварени натриеви йони Na + и отрицателно заредени йони на хлор С1 - . В този случай векторът на плътността на тока се изразява в сумата

j ⃗ = j ⃗ ++ j ⃗ - = q + n + < υ ⃗ +> + q - n - < υ ⃗ ->, (5)

където j ⃗ +, j ⃗ - - текущи плътности, q + , q - - натоварвания, n + , n - - концентрации, съответно - средни скорости на натриеви и хлорни йони.

Отбелязваме, че според тази дефиниция векторът на плътността на тока съвпада със скоростта на движение на положителните заряди, като движението на отрицателните заряди, векторът на плътността на тока е противоположен на вектора на тяхната скорост. С други думи посоката на движение на положителните заряди се приема като положителна посока на движение на електрически ток.

В повечето приложения електрическият ток преминава през метали, в които настоящите носители са отрицателно заредени електрони, така че, странно, най-често посоката на тока е противоположна на посоката на движение на частици от истински електрони. Такъв абсурд е и следствие от историческата традиция - посоката на електрическия ток беше определена в началото на деветнадесети век, когато характерът на настоящите превозвачи нямаше и най-малката представа.

По този начин ние определихме векторната характеристика на трансфера на заряда - плътността на тока. Този вектор се дефинира във всяка точка на пространството, така че с математиката движението на зарядите се описва от векторно поле j ⃗ ( x , y , z ).

Нека разгледаме физическото значение на потока [1] на дадено векторно поле. За да направим това, ние психически избираме малка площ от площ ΔS, в която текущия плътност вектор j ⃗ може да се счита за постоянен и насочен под ъгъл α към нормалния вектор на областта n ⃗ (фиг.271). Ако скоростта на насоченото движение на заряда е равна на υ , то през времето Δt през зоната се извършва зареждането, съдържащо се в наклонения паралелепипед, чиято странична дължина е равна на υ Δt . Степента на това зареждане е равна на произведението от обема на натоварването на обема на паралелепипеда Δ q = ρ Δ Ш = ρ Δ S u Δ t cos α . Следователно, за единица време през обекта, електрическото зареждане е равно

I = Δ q Δt = ρ Δ Sy cos α = j Δ S cos α = j ⃗ ⋅ n ⃗ Δ S = Φ j . (6)

Както следва от получената връзка, тази стойност е равна на потока на вектора на плътността на тока j ⃗ през областта ΔS. Ако се налага да се намери количеството заряд, който тече през определена повърхност (фигура 272), в който се променя векторът на плътността на тока, трябва да продължим по традиционния начин: разчупете повърхността на малки площи, открийте потока през всяка област с формула (6) потоци

Φ j = Σk ΔΦ jk = Σ kjknk Δ Sk .

Флуидът на вектора на плътността на тока играе важна роля в изучаването на електрическия ток и затова получава "лично" име - силата на електрическия ток.


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 |


Когато използвате този материал, свържете се със bseen2.biz (0.049 сек.)