PRM. Prąd elektryczny i jego natężenie.
Transkrypt
PRM. Prąd elektryczny i jego natężenie.
Prąd elektryczny i jego natężenie dr inż. Romuald Kędzierski Co nazywamy prądem elektrycznym? Jest to „uporządkowany” ruch ładunków elektrycznych, spowodowany przez pole elektryczne. Do przepływu prądu może zajść w ośrodkach posiadających cząstki mające ładunek elektryczny i mogące się w tym ośrodku poruszać. Jakie cząstki mogą być nośnikami prądu elektrycznego? Ciała stałe (metale) elektrony swobodne Ciecze jony ujemne (aniony) i dodatnie (kationy) Gazy jony ujemne (aniony) i dodatnie (kationy) W którą stronę „płynie prąd elektryczny? Umownie przyjęło się określać kierunek przepływu prądu (stronę, którą płynie prąd) poprzez ruch ładunków dodatnich, niezależnie od tego jaki jest rzeczywisty znak i kierunek (strona, w którą płynie prąd) ruchu nośników w danym materiale. Prąd elektryczny w przewodnikach metalicznych Jak definiuje się tzw. natężenie prądu elektrycznego w przewodnikach? Jest to iloraz ilości wartości bezwzględnej ładunku elektrycznego, jaki przepłynął przez rozpatrywany przekrój poprzeczny przewodnika i czasu, w którym to nastąpiło. Jest to wielkość skalarna! Zależność natężenia prądu od czasu a nazwa rodzaju prądu. - prąd stały płynący w jedną stronę - prąd przemienny płynący w jedną stronę - prąd okresowo zmienny płynący w jedną stronę - prąd zmienny płynący w dwie strony - prąd okresowo przemienny płynący w dwie strony Jak można obliczyć wartość prędkości ruchu chaotycznego (cieplnego) elektronów swobodnych? Elektrony swobodne można uważać za cząsteczki jednoatomowe gazu doskonałego! Zadanie 1. Oblicz wartość prędkości ruchu chaotycznego elektronów swobodnych w temperaturze 27 ͦC. Jak można obliczyć wartość prędkości dryfu (unoszenia) elektronów swobodnych? Przyjęte znaczenie symboli: - gęstość materiału, z którego wykonano przewodnik - pole powierzchni przekroju poprzecznego przewodnika - liczba elektronów swobodnych w jednostce objętości materiału przewodnika (koncentracja elektronów) - masa molowa materiału, z którego wykonano przewodnik - prędkość dryfu (unoszenia), z jaką poruszają się elektrony wzdłuż przewodnika - wartość ładunku elementarnego - liczba elektronów swobodnych znajdujących się w objętości V materiału przewodnika elektron Liczba elektronów znajdujących się w objętości V przewodnika: Całkowity ładunek elektryczny zawarty w objętości V: Natężenie prądu płynącego przez rozpatrywany przewodnik: Ale: Stąd: Jak można liczbę elektronów swobodnych znajdujących się w jednostce objętości przewodnika (koncentrację elektronów)? Założenie: Każdy z atomów metalu „daje” jeden elektron swobodny Zadanie 2. Gęstość miedzi wynosi około 8900 kg/m3, natomiast jej masa molowa około 64 g/mol. Oblicz liczbę elektronów swobodnych znajdujących się w 1 mm3 miedzi. Zadanie 3. Przez przewodnik miedziany (patrz poprzednie zadanie) płynie prąd o natężeniu 0,5 A. Oblicz wartość prędkości dryfu elektronów wzdłuż przewodnika, jeżeli powierzchnia przekroju poprzecznego przewodnika wynosiła 4 mm2.