ما هي القيمة بمثابة خاصية كمية للتيار الكهربائي. خصائص التيار الكهربائي وشروط وجوده. القوة الدافعة الكهربائية، الجهد. النظرية الإلكترونية الكلاسيكية للتوصيل الكهربائي للمعادن

صدمة كهربائية تسمى الحركة الموجهة (المنظمة). الشحنات الكهربائية(الشكل 13.1). تسمى هذه الجسيمات نفسها بالحاملات الحالية.

يمكن أن يتدفق التيار في المواد الصلبة والسوائل والغازات. إذا كان الوسط موصلاً بعدد كبير من الإلكترونات الحرة، فإن تدفق التيار الكهربائي يتم بسبب انجراف هذه الإلكترونات. يسمى انجراف الإلكترونات في الموصلات، غير المرتبط بحركة المادة تيار التوصيل. يشير تيار التوصيل إلى الحركة المنظمة للإلكترونات في الموصلات، والأيونات في الإلكتروليتات، والإلكترونات والثقوب في أشباه الموصلات، والأيونات والإلكترونات في الغازات. تسمى الحركة المنتظمة للشحنات الكهربائية المرتبطة بحركة الجسم المشحون في الفضاء تيار الحمل الحراري.

بالنسبة لاتجاه التياريتم قبول انجراف الشحنات الموجبة (تتحرك إلكترونات التوصيل دائمًا في الاتجاه المعاكس لاتجاه التيار (من "+" إلى "-")). قد يبدو هذا غير مريح، ولكن الآن لم تعد بحاجة إلى التمييز بين اتجاه التيار في الموصل و المجال الكهروستاتيكيمسببًا هذا التيار: هذه الاتجاهات تتطابق دائمًا.

القوة الحالية - كمية عددية تساوي نسبة كمية الكهرباء dq، التي تنتقل خلال الزمن dt عبر قسم معين من الموصل، إلى الزمن dt:

التيار المباشريسمى التيار الكهربائي الذي لا تتغير قوته واتجاهه مع مرور الوقت. ل التيار المباشر

حيث q هي الشحنة الكهربائية التي تمر عبر المقطع العرضي للموصل خلال الزمن t.

وحدة التيار هي أمبير (A).

دعونا نحدد السرعة التي تنجرف بها الإلكترونات في موصل يحمل تيارًا.

خلال الوقت Δt، مرت N إلكترونات بشحنة إجمالية Δq = Nе عبر المقطع العرضي للموصل S. إذا كانت سرعة الحركة الاتجاهية للإلكترونات تساوي υ، ففي الوقت المناسب Δt ستنتهي جميعها ضمن قسم الطول ℓ = υ Δt والحجم V=Sℓ. هكذا،

معبراً هنا عن عدد الموجات الحاملة للتيار من خلال تركيزها (N = nV= nSℓ)

نسبة التيار I إلى مساحة المقطع العرضي للموصل S، المتعامدة مع اتجاه التيار، هي كمية متجهة تسمى الكثافة الحالية.

ومن ثم يمكن كتابة سرعة الإلكترونات في الموصل

، من هنا

يمكن حساب الكثافة الحالية باستخدام الصيغة

ي = ني‹υ› (13.4)

هكذا، كثافة التيارفي الموصل يتناسب مع تركيز الإلكترونات الحرة فيه وسرعة حركتها.

يتم توجيه المتجه j على طول اتجاه التيار، أي. يتزامن مع اتجاه الحركة المطلوبة للشحنات الموجبة.

يتم تعريف القوة الحالية من خلال سطح تعسفي S على أنها تدفق المتجه j، أي.

(13.5)

حيث dS = n∙dS (n = متجه الوحدة للخط الطبيعي إلى المنطقة dS، مما يشكل زاوية α مع المتجه j).

يسمى المجال الكهربائي بالتيار المباشر ثابت . على عكس المجال الكهروستاتيكي، فإن المجال ثابت الحقل الكهربائيتم إنشاؤها بواسطة الرسوم المتحركة. ومع ذلك، فإن توزيع هذه الشحنات في موصل ذي تيار مباشر لا يتغير بمرور الوقت: فالشحنات الكهربائية الجديدة تحل باستمرار محل الشحنات الكهربائية الصادرة. ولذلك، فإن المجال الكهربائي الناتج عن هذه الشحنات هو تقريبًا نفس مجال الشحنات الثابتة.

وهي تختلف في أنه لا يوجد مجال إلكتروستاتيكي داخل الموصل، في حين يوجد أيضًا مجال ثابت من التيارات المباشرة داخل الموصلات (وإلا فلن يتدفق التيار عبرها).

محاضرة رقم 20

التيار الكهربائي المستمر

يخطط

1. 
   خصائص التيار الكهربائي وشروط وجوده. القوة الدافعة الكهربائية، الجهد االكهربى.
2. 
   النظرية الإلكترونية الكلاسيكية للتوصيل الكهربائي للمعادن.
3. 
   اشتقاق قوانين أوم وجول لينز من التمثيلات الإلكترونية.
4. 
   صعوبات النظرية الإلكترونية الكلاسيكية.
5. 
   قوانين كيرشوف.

1. خصائص التيار الكهربائي وشروط وجوده.

في الكهرباء الساكنةالظواهر الناجمة عن رسوم ثابتة. إذا لأي سبب من الأسباب ينشأ حركة مرتبة للشحنات ويتم نقل شحنة غير الصفر عبر السطح، ثم يقولون ذلك يحدث تيار كهربائي.

الخاصية الكمية للتيار الكهربائي هي القوة الحالية – كمية الشحنة المنقولة عبر السطح قيد النظر لكل وحدة زمنية. إذا تم نقل الشحنة عبر سطح مع مرور الوقت

، فإن القوة الحالية هي:

وحدة التيار هي أمبير (A). خلف اتجاه التياريتم قبول الاتجاه الذي تتحرك فيه الشحنات الموجبة أو الاتجاه المعاكس للاتجاه الذي تتحرك فيه الشحنات السالبة. تسمى الشحنات الحرة التي تتحرك في وسط ما الناقلات الحالية.

كهرباءيمكن توزيعها بشكل غير متساوعلى طول السطح الذي يتدفق من خلاله. يمكن وصف التيار بمزيد من التفصيل باستخدام ناقل الكثافة الحالي . دع الجسيمات المشحونة تتحرك في اتجاه معين بسرعة . ناقل الكثافة الحاليةيسمى المتجه الذي يتوافق اتجاهه مع اتجاه سرعة الشحنات الموجبة (أو ضد اتجاه سرعة الشحنات السالبة)، وفي قيمه مطلقه يساوي النسبة الحالية

من خلال منصة الابتدائية

، تقع في نقطة معينة في الفضاء بشكل عمودي على اتجاه حركة الناقلات على منطقتها.

عدد الناقلات الحالية لكل وحدة حجم مُسَمًّى كثافة الناقل الحالية. سيتم الإشارة إلى رسوم الناقل الفردي .

فإذا كانت الشحنات الحرة عبارة عن إلكترونات مثلاً، وكانت الشحنات الموجبة ثابتة (وهذا هو الحال في المعادن)، الذي - التي ستتزامن كثافة الموجة الحاملة مع عدد الإلكترونات الحرة لكل وحدة حجم.

في
أرز. 20.1
يمكن التعبير عن ناقل الكثافة الحالي من حيث كثافة الموجات الحاملة الحالية وسرعة حركتها. كمية الشحنة المنقولة مع مرور الوقت من خلال سطح معين ، عمودي على ناقل السرعة (الشكل 20.1)، يساوي

. خلال هذا الوقت، سيتم عبور المنطقة بجميع الشحنات المجانية في خط متوازي بقاعدة وطول

. إذا كانت المساحة صغيرة بدرجة كافية فإن كثافة التيار في حدودها يمكن اعتبارها ثابتة ومن ثم:

.

في شكل ناقل:

القوة الحالية من خلال سطح تعسفي

كهربائي الحالي بسبب حركة الرسوم المجانيةفي الموصلات ذات الطبيعة المختلفة يسمى تيار التوصيل.

تتعرض الشحنات الحرة في الموصل للتصادمات مع ذرات الموصل. خلال "الجري الحر" بين تصادمين تكتسب الشحنة في الموصل سرعة الاتجاهعلى طول الخارجي الحقل الكهربائي:

أين شدة المجال الكهربائي في الموصل. بعد الاصطدام التالي، فقدت السرعة. ثم، حتى الاصطدام التالي، تحدث زيادة جديدة في سرعة الاتجاه.

ويترتب على ما سبق ذلك شروط وجود التيار يكون:

أ) وجود رسوم مجانية.

ب) وجود مجال كهربائي داخل الموصل يدعم حركة الشحنات.

القوة الدافعة الكهربائية، التوتر .

إذا كانت قوى المجال الكهروستاتيكي فقط هي التي تؤثر على الناقل الحالي، فبموجب تأثير هذه القوى، ستتحرك الموجات الحاملة الإيجابية من مكان ذي إمكانات أعلى إلى مكان ذي إمكانات أقل، وستتحرك الموجات الحاملة السالبة في الاتجاه المعاكس . هذا سيؤدي إلى تكافؤ الإمكانات، ونتيجة لذلك يتوقف التيار. ولمنع حدوث ذلك، يجب أن تكون هناك مناطق يحدث فيها نقل الشحنات الموجبة في اتجاه متزايد ، أي. ضد قوى المجال الكهروستاتيكي. لا يمكن نقل الوسائط في هذه المناطق إلا باستخدام القوى ذات الأصل غير الكهروستاتيكي تسمى القوى الخارجية. قد تختلف الطبيعة الفيزيائية للقوى الخارجية. على سبيل المثال، الكيميائية (كما في البطاريات)، الميكانيكية، المغناطيسية وغيرها.

تسمى القيمة المساوية لنسبة عمل القوى الخارجية لنقل الشحنة إلى حجم هذه الشحنة القوة الدافعة الكهربائية(EMF).

يتم قياس المجالات الكهرومغناطيسية بنفس الوحدات المحتملة، أي. في فولت (V).

يمكن تمثيل القوة الخارجية المؤثرة على الشحنة على النحو التالي:

، أين

- القوة الميدانية للقوى الخارجية. عمل قوى خارجية على شحنة في منطقة معينة 1-2:

بتقسيم كلا الجزأين حسب تعريف القوة الدافعة الكهربية بالشحنة نحصل على:

بالنسبة للدائرة المغلقة:

تعمل EMF في دائرة مغلقة، ربما يتم تعريفه على أنه تداول ناقل التوتر للقوى الخارجية.

بالإضافة إلى قوى خارجية على هذه التهمة تعمل قوى المجال الكهروستاتيكية

. القوة الناتجة، فإن التأثير على الشحنة عند كل نقطة من الدائرة يساوي:

الشغل الذي تبذله هذه القوة على الشحنة في قسم السلسلة 1-2، يتم تحديده بواسطة التعبير

. لأن

، أ

فإن العمل يساوي .

ر دعونا نقسم كلا الطرفين على . على الجانب الأيسر العلاقة

دعونا نشير

. القيمة المساوية عدديًا لنسبة الشغل والقوى الكهروستاتيكية والقوى الخارجية لنقل الشحنة إلى قيمة هذه الشحنة تسمى انخفاض الجهد أو ببساطة الجهد في قسم معين من الدائرة .

وهكذا (الشكل 20.2)،

أرز. 20.2

ملحوظة، إذا لم يكن هناك EMF في المنطقة، إذن

. (بالنسبة للدائرة المغلقة، تتطابق النقطتان 1 و2،

وثم

.) ويمكن أن يتبين ذلك

، أين - معاوقةسلاسل وبعد ذلك

تعبر هذه المعادلة عن قانون أوم لقسم غير منتظم من الدائرة (مع EMF).

2. النظرية الإلكترونية الكلاسيكية للتوصيل الكهربائي للمعادن وقصورها.

الهيكل الداخلي للمعادنتتميز شعرية الكريستال. توجد أيونات موجبة عند عقد الشبكة البلورية؛ وفي الفضاء بينهما، تتحرك الإلكترونات الاجتماعية بحرية تقريبًا. اقترح ذلك الفيزيائي الألماني ب. درود الرصاص الإلكترونات نفسها كجزيئات الغاز المثالي، و اقترح استخداملوصف سلوكهم الصيغ المعروفة للنظرية الحركية للغازات.

نظام مجانياجتماعيا في الشبكة البلورية تسمى الإلكترونات غاز الإلكترون. على عكس جزيئات الغاز التي يتم تحديد مداها من خلال تصادم الجزيئات مع بعضها البعض، الإلكترونات تصطدمخاصة وليس فيما بينهم, ومع الأيوناتتشكيل شعرية كريستال معدنية. هؤلاء تسببت الاصطداماتبخاصة، مقاومة المعدن للتيار الكهربائي.

الحركة الحرارية الفوضويةيمكن أن تتميز الإلكترونات في المعادن بسرعتها المتوسطة

(لدرجات حرارة الغرفة

). وفي ظل وجود مجال خارجي، لا يزال لدى الإلكترونات بعض منه متوسط ​​سرعة الاتجاه. عادة

، إنه

.

3. اشتقاق قوانين أوم وجول لينز من التمثيلات الإلكترونية.

قانون أوم.

متوسط ​​المسار الذي تقطعه الإلكترونات التي تتحرك بحرية بين اصطدامين متتاليينمع أيونات شعرية يسمى متوسط ​​المسار الحر . متوسط ​​الوقت بين تصادمين

(تحدده سرعة الحركة الفوضوية). إذا كان هناك مجال سرعة الاتجاهالإلكترونات يتراكم أثناء التشغيل الحروبحلول وقت الاصطدام التالي يصل إلى قيمته القصوى:

.

تتغير السرعة أثناء التشغيل خطي. لذلك لها متوسطلكل عدد الكيلومترات القيمة هي نصف القيمة القصوى.

كثافة التيار:

معامل التناسب بين ويشار إليه بـ

(

- التوصيل). ونتيجة لذلك نحصل قانون أوم في شكل محلي(تشير المعلمات إلى نقطة معينة من المقطع العرضي للموصل).

تتناسب كثافة التيار في الموصل مع شدة المجال الكهربائي. عامل التناسب هو الموصلية. (ملاحظة: دعونا نقارن الصيغة الناتجة بالصيغة المعروفة

. الموصلية تتناسب عكسيا مع المقاومة

. كثافة التيار

. شدة المجال

(- طول الموصل). ثم

، أو

، وهو المطلوب).

قانون جول – لينز.

وبنهاية المسار الحر يكتسب الإلكترون طاقة حركية إضافية متوسط ​​قيمتها يساوي:

(يتذكر:

).

اصطدام الذرة بالإلكترون، على الافتراض، تماما ينقلتم شراؤها من قبله طاقة الشبكة البلورية. تذهب الطاقة المنقولة إلى الشبكة لزيادة الطاقة الداخليةالمعدن، والذي يتجلى في التدفئة.

يخضع كل إلكترون في ثانيةمتوسط

الاصطدامات. دعونا نشير إذن إلى عدد إلكترونات التوصيل لكل وحدة حجم إجمالي الطاقة المنقولة بواسطة الإلكترونات لكل وحدة زمنية لكل وحدة حجمسيكون مساوياً لـ:

مع العلم أن

ونتيجة لذلك نحصل على قانون جول-لينز بصيغته المحلية:

تتناسب الطاقة الحرارية المنطلقة لكل وحدة حجم أثناء تدفق التيار الكهربائي مع مربع شدة المجال.

الانتقال من و

ل و : (,

)، نحن نحصل

، أو

يملك شكل آخر من قانون جول لينز. (الكثافة الظاهريةالطاقة الحرارية تساوي منتج المقاومة ومربع كثافة التيار).

4. صعوبات النظرية الإلكترونية الكلاسيكية للتوصيل الكهربائي للمعادن.

وكانت النظرية الكلاسيكية قادرة على تفسيرتم الحصول عليها تجريبيا سابقا قوانين أوم وجول لينز، ولكن هناك أيضًا صعوبات كبيرة. أهمها ما يلي:



وهناك صعوبات أخرى وهذا هو عدم كفاية النظرية الكلاسيكية.

نظرية الكم الحديثةتوضح الموصلية الكهربائية للمعادن أن جميع صعوبات النظرية الكلاسيكية ترتبط بحقيقة ذلك فكرة عنالإلكترونات مثل غاز مثالييكون تقريب تقريبي. في الواقع، الإلكترونات الموجودة داخل المعدن ليست حرة كما تقترح النظرية الكلاسيكية.

توضح نظرية الكم الحديثة أن الإلكترونات الموجودة داخل المعدن، مثل الإلكترونات الموجودة في الذرة، لا يمكن أن تحتوي على أي طاقة، ولكن فقط بشكل كامل قيم الطاقة المنفصلة – طاقة الإلكترون مكممة.

5. قوانين كيرشوف

لاحظ أن العقدة هي نقطة تلتقي فيها ثلاثة تيارات أو أكثر. على سبيل المثال، للتين. 20.3 سيتم كتابة القانون الأول على النحو التالي:

.

2. قانون كيرشوف الثاني(يشير إلى أي دائرة مغلقة معزولة في الدائرة):

المجموع الجبري لمنتجات نقاط القوة الحالية في المقاطع الفردية للحلقة المغلقة التعسفية ومقاومتها(مجموع قطرات الجهد) يساوي المجموع الجبري للقوة الدافعة الكهربية المؤثرة في هذه الدائرة.

طلبوسننظر في هذه القوانين بعد ذلك مثال. يتم إعطاء دائرة كهربائية (الشكل 20.4)

	منح: في، في، في، أوم، أوم…. أوم. مطلوبالعثور على التيارات . بالنسبة للعقدة A، دعونا نكتب المعادلات وفقًا لقانون كيرشوف الأول: بالنسبة للدائرة الأولى، نكتب المعادلة وفقًا لقانون كيرشوف الثاني.
أرز. 20.4

علاوة على ذلك، يتم أخذ انخفاضات الجهد والمجالات الكهرومغناطيسية بعلامة "+" إذا تزامنت التيارات والمجالات الكهرمغنطيسية مع اتجاه الالتفافية (بالنسبة للدائرة I اخترنا اتجاه الالتفافية "في اتجاه عقارب الساعة". ويشار إلى اتجاه المجالات الكهرومغناطيسية في الرسم التخطيطي بواسطة السهام

). هكذا:

دع الدائرة الثانية تتزامن مع الالتفافية الخارجية للدائرة ويكون اتجاه الالتفافية أيضًا في اتجاه عقارب الساعة. ثم قانون كيرشوف الثاني للدائرة الثانية:

وبذلك حصلنا على نظام المعادلات:

نقوم بحل هذا النظام من المعادلات الخطية باستخدام المحددات (طريقة كرامر).

,

,

.

(أ)؛

(أ).

النتائج السلبية تعني أن الاتجاه الفعلي للتيارات هو و عكس تلك الموضحة في الشكل 20.4.

أسئلة للتحكم في النفس.

1. 
   ما يسمى التيار الكهربائي وما هي شروط وجود تيار التوصيل؟
2. 
   اذكر خصائص التيار الكهربائي.
3. 
   ما هي الأفكار التي تعتمد عليها النظرية الإلكترونية الكلاسيكية للمعادن؟
4. 
   ما الفرق بين الأشكال المحلية والمتكاملة لقوانين أوم وجول لينز؟
5. 
   ما هي قوة الطرف الثالث؟ أعط أمثلة على مصادر المجالات الكهرومغناطيسية التي تعمل فيها قوى خارجية مختلفة.
6. 
   قم بصياغة قانون أوم المعمم لقسم من الدائرة ذات المجال الكهرومغناطيسي.
7. 
   ما هو معنى EMF والجهد وفرق الجهد؟
8. 
   صياغة قواعد كيرشوف. كيف يتم اختيار الإشارات في قواعد كيرشوف؟نحذف كلا الجزأين بواسطة

أوه فوق الشحنة عند كل نقطة من الدائرة على الشحنة تساوي:

التيار الكهربائي هو الحركة المنتظمة للجسيمات الحرة المشحونة كهربائيًا تحت تأثير المجال الكهربائي. يمكن أن تكون هذه الجسيمات: في الموصلات - الإلكترونات،
في الشوارد - الأيونات (الكاتيونات والأنيونات)، في أشباه الموصلات - الإلكترونات والثقوب (توصيل ثقب الإلكترون).

عند دراسة التيار الكهربائي، تم اكتشاف العديد من خصائصه، مما سمح بالعثور عليه الاستخدام العمليفي مختلف مجالات النشاط البشري.

تاريخياً، كان من المقبول أن اتجاه التيار يتزامن مع اتجاه حركة الشحنات الموجبة في الموصل. علاوة على ذلك، إذا كانت حاملات التيار الوحيدة هي جسيمات سالبة الشحنة (على سبيل المثال، الإلكترونات في المعدن)، فإن اتجاه التيار يكون عكس اتجاه حركة الإلكترونات.

تعتمد سرعة الحركة الاتجاهية للجسيمات في الموصلات على مادة الموصل، وكتلة الجسيمات وشحنتها، ودرجة الحرارة المحيطة، والفرق المطبق.

هناك تيارات متناوبة ومباشرة ونابضة، بالإضافة إلى مجموعاتها المختلفة.

1) التيار المباشر- تيار يتغير اتجاهه وحجمه قليلاً مع مرور الوقت.

2) التيار المترددهو تيار يتغير حجمه و (أو) اتجاهه بمرور الوقت. من بين التيارات المتناوبة، التيار الرئيسي هو التيار الذي تختلف قيمته وفقًا للقانون الجيبي. في هذه الحالة، تتغير إمكانات كل طرف من طرفي الموصل بالنسبة إلى إمكانات الطرف الآخر للموصل بالتناوب من الموجب إلى السالب والعكس، مروراً بجميع الإمكانات المتوسطة (بما في ذلك الجهد الصفري). والنتيجة هي تيار يغير اتجاهه باستمرار. الوقت الذي تحدث فيه إحدى هذه الدورات (الوقت الذي يتضمن تغير التيار في كلا الاتجاهين) يسمى فترة التيار المتناوب. ويسمى عدد الفترات التي يؤديها التيار لكل وحدة زمنية بالتردد. يتم قياس التردد بالهرتز، فالهرتز الواحد يساوي دورة واحدة في الثانية.

القوة الحالية تسمى الكمية المادية، تساوي نسبة كمية الشحنة التي تمر عبر المقطع العرضي للموصل خلال فترة زمنية إلى قيمة هذه الفترة الزمنية.

يتم قياس القوة الحالية بالأمبير.

عند وجود تيار في الموصل، يتم بذل شغل ضد قوى المقاومة. يتم تحرير هذا العمل على شكل حرارة. قوة فقدان الحرارة هي قيمة تساوي كمية الحرارة المنبعثة لكل وحدة زمنية. يتم قياس الطاقة بالواط.

جسم الإنسان موصل للتيار الكهربائي. تتراوح مقاومة الإنسان مع الجلد الجاف والسليم من 3 إلى 100 كيلو أوم.

ينتج عن التيار الذي يمر عبر جسم الإنسان أو الحيوان التأثيرات التالية:

الحرارية (الحروق والتدفئة)؛

كهربائيا (تحلل الدم)؛

بيولوجي.

العامل الرئيسي الذي يحدد نتيجة الصدمة الكهربائية هو مقدار التيار الذي يمر عبر جسم الإنسان. آمنيعتبر التيار الذي لا تتجاوز قيمته 50 ميكرو أمبير.

ماذا سنفعل بالمواد المستلمة:

إذا كانت هذه المادة مفيدة لك، فيمكنك حفظها على صفحتك على الشبكات الاجتماعية:

سقسقة

صدمة كهربائيةتسمى الحركة المنظمة للجسيمات المشحونة أو الأجسام العيانية المشحونة. هناك نوعان التيارات الكهربائية– تيارات التوصيل وتيارات الحمل.

التوصيل الحاليتسمى الحركة المنظمة في المادة أو الفراغ للجسيمات المشحونة الحرة - إلكترونات التوصيل (في المعادن)، والأيونات الموجبة والسالبة (في الإلكتروليتات)، والإلكترونات والأيونات الموجبة (في الغازات)، وإلكترونات التوصيل والثقوب (في أشباه الموصلات)، وحزم الإلكترون ( في الفراغ). يرجع هذا التيار إلى حقيقة أن الشحنات الكهربائية الحرة تتحرك في الموصل تحت تأثير شدة المجال الكهربائي المطبق (الشكل 2.1، أ).

الحمل الحراري التيار الكهربائييسمى التيار الناتج عن الحركة في الفضاء لجسم مجهري مشحون (الشكل 2.1 ، ب).

لحدوث وصيانة تيار التوصيل الكهربائي، يجب توفر الشروط التالية:

1) وجود شركات النقل الحالية المجانية (رسوم مجانية)؛

2) وجود مجال كهربائي يخلق حركة منظمة للشحنات الحرة؛

3) يجب أن تتصرف الرسوم المجانية، بالإضافة إلى قوات كولومب القوى الخارجيةطبيعة غير كهربائية يتم إنشاء هذه القوى من قبل مختلف المصادر الحالية(الخلايا الجلفانية، البطاريات، المولدات الكهربائية، إلخ)؛

4) يجب أن تكون دائرة التيار الكهربائي مغلقة.

يُنظر تقليديًا إلى اتجاه التيار الكهربائي على أنه اتجاه حركة الشحنات الموجبة التي تشكل هذا التيار.

قياس كميالتيار الكهربائي هو الحالي أنا- الكمية الفيزيائية العددية التي تحددها الشحنة الكهربائية التي تمر عبر المقطع العرضي سموصل لكل وحدة زمنية:

يسمى التيار الذي لا تتغير قوته واتجاهه بمرور الوقت دائم(الشكل 2.2، أ). للعاصمة

يسمى التيار الكهربائي الذي يتغير بمرور الوقت المتغيرات. مثال على هذا التيار هو التيار الكهربائي الجيبي المستخدم في الهندسة الكهربائية وهندسة الطاقة (الشكل 2.2، ب).

وحدة التيار – أمبير(أ). في SI، يتم صياغة تعريف وحدة التيار على النحو التالي: 1 أ- هذه هي قوة هذا التيار المباشر، الذي، عند التدفق من خلال موصلين مستقيمين متوازيين بطول لا نهائي ومقطع عرضي صغير مهمل، يقع في فراغ على مسافة 1 مأحدهما عن الآخر، يخلق قوة بين هذه الموصلات تساوي كل متر من الطول.

لتوصيف اتجاه تيار التوصيل الكهربائي عند نقاط مختلفة على سطح الموصل وتوزيع قوة التيار على هذا السطح، يتم تقديم كثافة التيار.

كثافة التيارتسمى كمية فيزيائية متجهة تتوافق مع اتجاه التيار عند النقطة قيد النظر وتساوي عدديا نسبة شدة التيار ديالمرور عبر سطح أولي عمودي على اتجاه التيار على مساحة هذا السطح:

وحدة الكثافة الحالية – أمبير لكل متر مربع (أ/م 2).

كثافة التيار الكهربائي المباشر هي نفسها على كامل المقطع العرضي للموصل المتجانس. لذلك، للتيار المباشر في موصل متجانس مع مساحة المقطع العرضي سالتيار يساوي

نهاية العمل -

هذا الموضوع ينتمي إلى القسم:

دورة الفيزياء العامة الأساسيات الفيزيائية

ولاية مؤسسة تعليمية... أعلى التعليم المهني...جامعة ولاية فلاديمير...

اذا احتجت مواد اضافيةحول هذا الموضوع، أو لم تجد ما كنت تبحث عنه، ننصحك باستخدام البحث في قاعدة بيانات الأعمال لدينا:

ماذا سنفعل بالمواد المستلمة:

إذا كانت هذه المادة مفيدة لك، فيمكنك حفظها على صفحتك على الشبكات الاجتماعية:

سقسقة

جميع المواضيع في هذا القسم:

القانون الأساسي للكهرباء الساكنة
تم إنشاء قانون تفاعل الشحنات الكهربائية الثابتة بشكل تجريبي في عام 1785 من قبل الفيزيائي الفرنسي سي. كولومب باستخدام موازين الالتواء. وبالتالي القوى الكهربائية

المجال الكهروستاتيكي. شدة المجال
إذا تم إدخال شحنة أخرى في الفضاء المحيط بشحنة كهربائية، فسينشأ تفاعل كولوم بينهما. وبالتالي، في الفضاء المحيط بالكهرباء

مجالات. الإمكانات الميدانية
إذا كان في مجال كهرباء تهمة نقطةينتقل من النقطة 1 إلى النقطة 2 على طول مسار تعسفي

المجال الكهروستاتيكي
التوتر والإمكانات – خصائص مختلفةنفس النقطة في الميدان لذلك، يجب أن يكون هناك اتصال لا لبس فيه بينهما. العمل على تحريك الوحدة

نظرية غاوس للمجال الكهروستاتيكي في الفراغ
حساب شدة المجال لنظام كبير من الشحنات الكهربائية باستخدام مبدأ تراكب المجالات الكهروستاتيكية

نظرية غاوس للمجال الكهروستاتيكي في العزل الكهربائي
المواد العازلة هي مواد لا تقوم عمليا بتوصيل التيار الكهربائي في الظروف العادية. وفقا لمفاهيم الفيزياء الكلاسيكية، في العوازل، على النقيض من ذلك

الموصلات في مجال كهرباء. المكثفات
إذا قمت بوضع موصل في مجال كهروستاتيكي خارجي، فسيعمل هذا الحقل على الشحنات المجانية للموصل، ونتيجة لذلك سيبدأون في التحرك - إيجابي

طاقة المجال الكهروستاتيكية
قوى التفاعل الكهروستاتيكي متحفظة، وبالتالي فإن نظام الشحنات لديه طاقة محتملة. يجب أن يكون هناك موصل انفرادي، شحنة سعوية

1. المسافة بين الشحنتين تساوي 10 سم أوجد القوة المؤثرة عليها

قانون أوم في الشكل التفاضلي
إذا كانت قوى المجال الكهروستاتيكي فقط في الدائرة تؤثر على ناقلات التيار، فإن الشحنات تنتقل من النقاط ذات الإمكانات العالية إلى النقاط ذات الإمكانات الأقل. هذا عندما

أدوات القياس الكهربائية
الدائرة الكهربائية عبارة عن مجموعة من الموصلات المختلفة ومصادر التيار. بشكل عام، الدائرة متفرعة وتحتوي على أقسام يمكن توصيل الموصلات بها

العمل والطاقة الحالية. قانون جول لينز
لنفكر في موصل متجانس، يتم تطبيق الجهد على طول طرفيه. خلال الوقت dt من خلال المقطع العرضي للسلك

قانون أوم في شكل متكامل
+ لقسم متجانس من السلسلة أي. لمنطقة لا تعمل فيها الأحزاب

حساب دوائر التيار المستمر المتفرعة
يسمح لك قانون أوم في شكل متكامل بحساب أي شيء تقريبًا دائرة كهربائية. ومع ذلك، فإن الحساب المباشر للدوائر المتفرعة التي تحتوي على حلقات مغلقة يكفي

مشاكل لحلها بشكل مستقل
1. ما هي الشحنة التي سوف تمر عبر المقطع العرضي للموصل في وقت من 5 ثوانٍ إلى 10 ثوانٍ، إذا تغيرت القوة الحالية بمرور الوقت وفقًا للقانون

المجال المغناطيسي وخصائصه
لدي تجربة العرض

قانون بيوت-سافارت-لابلاس
بعد تجارب أورستد، بدأت الأبحاث المكثفة حقل مغناطيسيالتيار المباشر. الفيزيائيان الفرنسيان بيوت وسافارد في الربع الأول من القرن التاسع عشر. درس المجالات المغناطيسية التي تم إنشاؤها

المجال المغناطيسي لشحنة متحركة. قوة لورنتز
أي موصل يحمل تيارًا كهربائيًا يخلق مجالًا مغناطيسيًا في الفضاء المحيط. بدوره، التيار هو الحركة المنظمة للشحنات الكهربائية. ويترتب على ذلك أن الجميع يتحرك

موصل مع التيار في مجال مغناطيسي. قانون أمبير
تلخيصًا لنتائج عمل المجال المغناطيسي على مختلف الموصلات الحاملة للتيار، أثبت أ. أمبير أن القوة التي يعمل بها المجال المغناطيسي

تداول ناقلات تحريض المجال المغناطيسي في الفراغ
على غرار دوران متجه شدة المجال الكهروستاتيكي في المجال المغناطيسي، تم تقديم مفهوم دوران متجه الحث المغناطيسي

نظرية غاوس للمجال المغناطيسي في الفراغ
إن تدفق ناقل الحث المغناطيسي أو التدفق المغناطيسي عبر سطح صغير مساحته dS هو كمية فيزيائية عددية تساوي

الخصائص المغناطيسية للمادة
ليست كل المواد تتصرف على قدم المساواة خطوط الكهرباءحقل مغناطيسي. على سبيل المثال، تمر خطوط القوة المغناطيسية عبر الحديد بسهولة أكبر عدة مرات من مرورها عبر الهواء. وبعبارة أخرى، قدرة هلام

مشاكل لحلها بشكل مستقل
1. يسري تيار شدته 60 A في سلك طويل مستقيم، حدد شدة المجال المغناطيسي عند نقطة تبعد 5 cm عن الموصل (الإجابة: 0.24 mT).

قانون الحث الكهرومغناطيسي
كما ذكرنا، ينشأ مجال مغناطيسي حول أي موصل يحمل تيارًا كهربائيًا. يعتقد الفيزيائي الإنجليزي م. فاراداي أن هناك علاقة وثيقة بين الظواهر الكهربائية والمغناطيسية.

ظاهرة الحث الذاتي. حلقة الحث
يخلق تيار كهربائي يتدفق في دائرة مغلقة مجالًا مغناطيسيًا حول نفسه، يتناسب تحريضه B، وفقًا لقانون Bio-Savart-Laplace، مع شدة التيار (B~I

الحث المتبادل
إذا كانت هناك دائرتان بجوار بعضهما البعض وتغيرت القوة الحالية في كل منهما، فسوف تؤثران بشكل متبادل على بعضهما البعض. يتغير

طاقة المجال المغناطيسي
المجال المغناطيسي، مثل المجال الكهربائي، هو حامل للطاقة. من الطبيعي أن نفترض أن طاقة المجال المغناطيسي تساوي الشغل الذي ينفقه التيار الكهربائي في خلقه

التطبيق العملي للحث الكهرومغناطيسي
تستخدم ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي في المقام الأول لتحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية. وتستخدم المولدات المتغيرة لهذا الغرض.

مشاكل لحلها بشكل مستقل
1. في المجال المغناطيسي المنتظم مع الحث، يتحرك موصل بطول عمودي على المجال

دوامة المجال الكهربائي
في الستينيات من القرن التاسع عشر. قام العالم الإنجليزي ج. ماكسويل (1831-1879) بتعميم القوانين المثبتة تجريبيًا للمجالات الكهربائية والمغناطيسية وخلق نظرية موحدة كاملة للكهرومغناطيسية

التحيز الحالي
تم تقديم تيار الإزاحة بواسطة ماكسويل لإنشاء علاقات كمية بين المجال الكهربائي المتناوب والمسبب

معادلات ماكسويل للمجال الكهرومغناطيسي
إن النظرية العيانية الموحدة للمجال الكهرومغناطيسي التي أنشأها ماكسويل جعلت من الممكن من وجهة نظر موحدة ليس فقط تفسير الظواهر الكهربائية والمغناطيسية، ولكن التنبؤ بظواهر جديدة.

بعض الأحداث الهامة في تاريخ تطور الديناميكا الكهربائية
حدث العام بدأت التجارب العلمية التي أدت إلى اكتشاف التيار الكهربائي (تم وصف التجارب في

تباعد مجال المتجهات
إن اختلاف حقل المتجه (المشار إليه) هو المشتق التالي

فهرس
1. سافيليف الرابع. دورة الفيزياء العامة: في 3 مجلدات - م.: ناوكا، 1989. 2. ديتلاف أ.أ.، يافورسكي ب.م. دورة الفيزياء. - م: أعلى. المدرسة، 1989. - 608 ص. 3. دورة الفيزياء: كتاب مدرسي. للجامعات : في مجلدين /

الخطوط العريضة للمحاضرة

1. التيار الكهربائي. خصائص التيار الكهربائي

2. قوانين أوم لقسم من الدائرة

2.1. قانون أوم في شكل متكامل

2.2. قانون أوم في الشكل التفاضلي

3. مثال لحساب قوة التيار في وسط موصل

4. قانون جول لينز في الصيغ التفاضلية والتكاملية

1. كهرباء. خصائص التيار الكهربائي

التيار الكهربائي هو الحركة المنظمة للجزيئات المشحونة، والتي يحدث خلالها نقل الشحنة الكهربائية.

ففي الموصل المعدني، على سبيل المثال، تكون هذه الجسيمات إلكترونات حرة. هم في حركة حرارية مستمرة. تحدث هذه الحركة بسرعة متوسطة عالية، ولكن بسبب طبيعتها الفوضوية، لا يصاحبها نقل للشحنة. دعونا نختار عقليًا عنصرًا سطحيًا في الموصل دي إس: لأي فترة من الزمن، فإن عدد الإلكترونات التي عبرت هذا السطح من اليسار إلى اليمين سيكون مساويا تماما لعدد الجزيئات التي مرت عبر هذا السطح في الاتجاه المعاكس. ومن ثم، فإن الشحنة المنقولة عبر هذا السطح تساوي صفرًا.

سوف يتغير الوضع إذا ظهر مجال كهربائي في الموصل. الآن ستشارك ناقلات الشحن ليس فقط في الحركة الحرارية، ولكن أيضًا في الحركة المنظمة والموجهة. ستتحرك الموجات الحاملة المشحونة بشكل إيجابي في اتجاه المجال، وستتحرك الموجات السالبة في الاتجاه المعاكس.

بشكل عام، يمكن أن يشمل نقل الشحنة حاملات لكلا العلامتين (على سبيل المثال، الأيونات الموجبة والسالبة في المنحل بالكهرباء).

سرعة حركة هذه الجزيئات ستكون مجموع سرعة حركاتها الحرارية والاتجاهية:

متوسط ​​القيمةتبين أن سرعة الجسيمات تساوي متوسط ​​سرعة الحركة الاتجاهية:

عشوائية الحركة الحرارية تؤدي إلى حقيقة أن القيمة المتوسطة المتجهوسرعة هذه الحركة صفر. دعونا نؤكد مرة أخرى أننا نتحدث عن القيمة المتوسطة المتجه، لكن لا وحدةسرعة الحركة الحرارية للجزيئات المشحونة.

السمة الكمية الرئيسية للتيار الكهربائي هي القوة الحالية. إن القوة الحالية في الموصل تساوي عدديًا مقدار الشحنة المنقولة عبر المقطع العرضي الكامل للموصل لكل وحدة زمنية:

يتم قياس التيار في نظام SI بالأمبير. هذه هي خاصية العددية. القوة الحالية يمكن أن تكون إيجابية أو سلبية. إذا كان اتجاه التيار يتزامن مع الاتجاه الإيجابي المقبول تقليديا على طول الموصل، فإن قوة هذا التيار أنا> 0. وإلا فإن التيار سلبي.

في كثير من الأحيان، يتم اعتبار الاتجاه الإيجابي على طول الموصل هو الاتجاه الذي تتحرك فيه (أو ستتحرك) حاملات الشحنة الموجبة.

ثانية خاصية مهمةالتيار الكهربائي هو الكثافة الحالية. دعونا نختار السطح  عقليًا في الموصل س، عمودي على سرعة الحركة الاتجاهية لحاملات الشحنة. دعونا نبني خطًا متوازيًا على هذا السطح بارتفاع يساوي السرعة عدديًا الخامسن (الشكل 6.1). جميع الجسيمات الموجودة داخل هذا الخط الموازي سوف تمر عبر السطح  في ثانية واحدة س. عدد هذه الجزيئات:

أين ن- تركيز الجسيمات، أي عدد الجزيئات لكل وحدة حجم. الشحنة التي ستحملها هذه الجسيمات عبر السطح  س، سيحدد القوة الحالية:

.

هنا س 1 - شحنة ناقلة واحدة . قسمة التيار على مساحة المقطع  س، نحصل على شحنة تتدفق لكل وحدة زمنية عبر سطح وحدة المساحة. هذه هي الكثافة الحالية:

, . (6.2)

وبما أن سرعة الحركة الاتجاهية للجسيمات المشحونة هي كمية متجهة، فإن هذا التعبير مكتوب في شكل متجه:

تقليص المساحة  سنصل إلى الخاصية المحلية للتيار الكهربائي - كثافة التيار عند النقطة:

هذا هو معامل كثافة التيار، واتجاه متجه كثافة التيار عند نقطة معينة يتزامن مع اتجاه سرعة الجسيم، أو مع اتجاه شدة المجال الكهربائي عند نقطة معينة. قوة التيار المتدفق عبر المنطقة الابتدائية دي إسيمكن الآن كتابتها كمنتج عددي لمتجهين (الشكل 6.2):

من أجل حساب القوة الحالية من خلال المقطع العرضي س، تحتاج إلى تلخيص كل التيارات التي تتدفق عبر عناصر هذا القسم، أي خذ التكامل:

. (6.6)

يمثل التكامل تدفق ناقل الكثافة الحالي، وبالتالي فإن الخاصيتين الرئيسيتين للتيار الكهربائي ترتبطان أحيانًا بمثل هذه العبارة سهلة التذكر : القوة الحالية تساوي تدفق متجه الكثافة الحالية.

دعونا نواصل الحديث عن تدفق المتجهات. الآن في وسط موصل نختار مغلقسطح س(الشكل 6.3). إذا كان متجه الكثافة الحالي عند كل نقطة من هذا السطح معروفًا، فمن السهل حساب الشحنة مع ترك الحجم محدودًا بهذا السطح لكل وحدة زمنية:

اسمحوا داخل السطح سهناك تهمة س، ثم لكل وحدة زمنية  ر= 1 سينخفض ​​بمقدار المبلغ . يرتبط التغيير في الشحنة بتدفقها من الحجم، أي:

وتسمى هذه المعادلة معادلة الاستمرارية. انها تمثل التدوين الرياضيقانون حفظ الشحنة الكهربائية.