Elektrisk laddning: Vilken automatisk reaktion ger den frasen när du läser den? En prickande känsla, kanske, eller bilden av en belysningsbult som delar upp himlen? Den färgglada visningen av blinkande ljus i en stad som Paris eller Las Vegas? Kanske till och med ett insekt som på något sätt glöder i mörkret när det sträcker sig över din campingplats?
Fram till de senaste århundradena hade inte bara forskare något sätt att mäta ljusets hastighet, de hade ingen aning om vilka fysiska fenomen ligger till grund för det som nu kallas "el" i första hand. På 1800-talet fick fysiker först en förståelse för de små partiklar som är involverade i strömflödet (fria elektroner) liksom naturen hos krafterna som tvingade dem att röra sig. Det var tydligt att el kunde göra betydligt bra om det säkert kunde "tillverkas" eller "fångas" och den elektriska energin som används för att utföra arbete.
Elektriskt laddningsflöde uppstår lätt i ämnen klassificerade som ledande material Elektrisk ström SI-strömenheten är amperen (A), ofta informellt kallad "ampere". Elektrisk laddning i sig mäts i coulombs (C). Enligt konvention flyter elektrisk ström i motsatt riktning för elektronflödet. Detta beror på att strömriktningen beskrevs innan forskarna visste vilka laddningsbärare som rör sig under påverkan av ett elektriskt fält. För alla praktiska ändamål erbjuder positiva laddningar som rör sig i positiv riktning samma fysiska (beräknings) resultat som negativa laddningar som rör sig i negativ riktning när det gäller elektrisk ström. Elektroner rör sig mot en positiv terminal i en elektrisk krets. Elektronflödet, eller rörlig laddning, är därför borta från den negativa terminalen. Rörelserna hos elektroner i en koppartråd eller annat ledande material genererar också ett magnetfält För det grundläggande konventionella strömsscenariot för en laddning som rör sig genom en tråd ges formeln för ström av : I \u003d neAv d där n Även om strömmen har både en magnitud och en riktning, är det en skalskvantitet, inte en vektorkvantitet, eftersom den inte följer lagarna för vektortillägg. Ohms lag I \u003d V /R där V Tänk av spänning som en "dragkraft" (även om denna "elektromotoriska kraft" inte bokstavligen är en kraft) som är specifik för elektriska laddningar. När motsatta laddningar separeras attraheras de till varandra på ett sätt som minskar med ökande avstånd mellan dem. Den är löst analog med gravitationspotentialenergi i klassisk mekanik; gravitationen "vill att" höga saker ska falla till jorden, och spänningen "vill" att separerade (motsatta) laddningar ska krascha tillsammans. Volt är motsvarande joule per coulomb, eller J /C. De har således energienheter per enhetsladdning. Nuvarande spänning ger således enheter av (C /s) (J /C) \u003d (J /s), som översätter till enheter med (i detta fall elektrisk) effekt: P \u003d IV Att kombinera detta med Ohms lag ger upphov till andra användbara matematiska förhållanden som involverar strömflödet: P \u003d I 2R och P \u003d V 2 /R. Dessa visar bland annat att vid en fast strömnivå är effekten proportionell mot motståndet, medan om spänningen är fixerad är effekten omvänt och proportionell mot motståndet. Under flyttning av laddningar ( ström) inducerar ett magnetfält, ett magnetfält kan själv inducera spänning i en tråd. Med växelström varierar spänningen på ett sinusformat sätt och ges när som helst t En ammeter är en enhet som används för att mäta ström genom att ansluta den i serie - och aldrig parallellt - i en elektrisk krets. (En parallellkrets har flera ledningar mellan korsningar - med andra ord vid strömkällan, kondensatorer och motstånd - i kretsen.) Den fungerar på principen att strömmen är densamma genom alla delar av en tråd mellan två korsningar. En ammeter har en känd, låg gränsresistens och är inställd för att ge en fullskaladeflektion 1. Beräkna drivhastigheten för elektroner i en cylindrisk koppartråd med en radie av 1 mm, eller 0,001 m) som bär en 15-A-ström, med tanke på att för koppar, n \u003d 8.342 × 10 28 e /m 3 . I \u003d neAv d, så v d \u003d I /neA. Området A \u003d (15 C /s) /[(8.342 × 10 28 e /m 3) (- 1.60 × 10 -19 C) (3.14 10 -6 m < sup> 2)] \u003d -3,6 × 10 -4 m /s. 2. Hitta strömmen I i en 120-V-krets som har 2-Ω, 4-Ω och 6-Ω-motstånd i serie. Motstånd i serie är helt enkelt tillsatser (i parallella kretsar, summan av det totala motståndet är summan av de ömsesidiga beräkningarna av de individuella motståndsvärdena). Således: I \u003d V /R \u003d (120 V) /(2 + 4 + 6) Ω \u003d 10 A. 3. En krets har ett totalt motstånd på 15 Ω och ett strömflöde på 20 A. Vad är effekten och spänningen i denna krets? P \u003d I 2R \u003d (20) 2 (15) \u003d 6,000 watt (W eller J /s). V \u003d IR \u003d (20) (15) \u003d 300 V
, medan det hindras i de som kallas isolatorer. I en metalltråd som en koppartråd, till exempel, är det möjligt att skapa en potentialskillnad över trådens ändar, vilket orsakar ett flöde av laddning och skapar en ström.
Definition of Electric Ström
är den genomsnittliga flödeshastigheten för elektrisk laddning (dvs. laddning per enhetstid) förbi en punkt i rymden. Denna laddning transporteras av elektroner som rör sig genom en tråd i en elektrisk krets. Ju högre antalet elektroner som rör sig förbi denna punkt per sekund, desto större är storleken på strömmen.
e
. Amperens basenhet är därför coulombs per sekund (C /s).
som har en riktning och magnitud bestämd av den elektriska strömriktningen och därmed rörelsen hos elektroner; detta är principen som en elektromagnet bygger på.
Elektrisk strömformel
är antalet avgifter per kubikmeter (m 3), e
är den grundläggande laddningen, A
är trådens tvärsnittsarea, och v d
är drivhastigheten
.
Ohms lagformel
ger en formel för att bestämma strömmen som kommer att strömma genom en ledare:
är spänningen
, eller elektrisk potentialskillnad
, uppmätt i volt, och R
är den elektriska motståndet mot det nuvarande flödet, mätt i ohm
(Ω).
Spänning förklarad
Strömtyper
av uttrycket V \u003d V 0sin (2πft), där V 0
är den initiala spänningen och f
är frekvensen eller antalet kompletta spänningscykler (max till minimum tillbaka till maximalt värde) i varje sekund.
Mätström
(FSD) vid en given strömnivå, ofta 0,015 A eller 15 mA. Om du känner till spänningen och manipulerar motståndet med hjälp av ammeterns shuntmotståndsfunktion kan du bestämma strömmen; du vet vad värdet på det nuvarande flödet bör använda Ohms lag.
Elektriska strömexempel
för trådens tvärsnitt är πr 2 eller π (0,001) 2 \u003d 3,14 10 -6 m 2.
