1 / 18

Prąd elektryczny

Prąd elektryczny. Wiadomości ogólne Gęstość prądu Prąd ciepła. Prąd elektryczny - wstęp.

ira-hooper
Download Presentation

Prąd elektryczny

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. Prąd elektryczny Wiadomości ogólne Gęstość prądu Prąd ciepła

  2. Prąd elektryczny - wstęp Można podać wiele przykładów prądów elektrycznych. Mogą to być dla przykładu ogromne prądy tworzące błyskawice lub niewielkie prądy przypływające w naszym organizmie, czy też poruszające się ładunki wokół Ziemi oraz w postaci wiatru słonecznego

  3. Prąd elektryczny - wstęp Ale czy każdy ruch ładunku jest już prądem elektrycznym? W izolowanej ramce z miedzi nie ma wypadkowego przepływu ładunku (występują elektrony przewodnictwa), nie ma więc przepływu prądu elektrycznego. Mówimy, że ramka ma wszędzie jednakowy potencjał elektryczny

  4. Prąd elektryczny - wstęp Gdy naszą ramkę z miedzi podłączymy do źródła energii elektrycznej, wówczas pojawi się wypadkowy kierunek ruchu ładunków elektrycznych pod wpływem różnicy potencjałów. I + -

  5. Prąd elektryczny - wstęp Niech ładunek dq przechodzi przez płaszczyznę „ab” w czasie dt to natężenie prądu A ładunek przepływający w tym czasie a c e b d f I = const dla każdej dowolnej płaszczyzny przecinającej przewodnik

  6. Prąd elektryczny - wstęp I0 I1 I2 I0=I1+I2 Związek ten będzie zawsze słuszny ponieważ natężenie prądu jest wielkością skalarną Na rysunku przedstawiono wycinek obwodu. Jaka będzie wartość natężenia i kierunek prądu w dolnym przewodniku z prawej strony? 1A 2A 2A 2A 3A 4A I

  7. Prąd elektryczny- gęstość prądu dS Ważną wielkością charakteryzującą prąd elektryczny jest wektor gęstości prądu J.Jego kierunek jest określony przez ruch ładunków dodatnich i jest z nim zgodny lub przeciwny do ruchu ładunków ujemnych. j S

  8. Prąd elektryczny- gęstość prądu Czym jest gęstość prądu? Porównując do gęstości materii, można stwierdzić, że jest ona „ilością prądu na jednostkę powierzchni”. A jaka wielkość łączy powierzchnię i prąd? Oczywiście definicja natężenia prądu elektrycznego e dS S

  9. Prąd elektryczny- gęstość prądu Możemy więc zapisać: Przy stałym i do dS przepływie prądu, J = const i jest do dS. Wtedy możemy I zapisać jako: czyli

  10. Prąd elektryczny- gęstość prądu W przewodniku z prądem elektrony nadal poruszają się przypadkowo ale z pewną prędkością unoszenia zwaną także prędkością dryfu vd I L vd E J Z rysunku wynika, że dla uproszczenia rozważań przyjęliśmy ruch ładunku dodatniego. Zakładamy również vd = const oraz jednorodność J w przekroju przewodnika o powierzchni S.

  11. Prąd elektryczny- gęstość prądu Liczba nośników ładunku na długości L przewodnika wynosi nSL : n - liczba nośników na jednostkę objętości. Całkowity ładunek nośników wynosi: Ponieważ nośniki poruszają się ze stałą prędkością dryfu, więc ładunek ten przepływa przez dowolny przekrój poprzeczny przewodnika w czasie: Podstawiając to do definicji natężenia prądu otrzymujemy:

  12. Prąd elektryczny- gęstość prądu Możemy teraz wyznaczyć wyrażenie opisujące prędkość dryfu ładunków: A po uwzględnieniu wyrażenia na gęstość prądu otrzymujemy: A przechodząc na wektory możemy zapisać, że wektor gęstości prądu: Jeżeli przyjrzymy się jednostce wyrażenia ne (C/m3) to okazuje się, że jest to nic innego jak gęstość ładunku nośników.

  13. Prąd elektryczny- gęstość prądu Oszacujmy prędkość dryfu elektronów w drucie miedzianym o średnicy 1.63 mm, przez który przepływa prąd o natężeniu 10 A. Gęstość prądu Przyjmując liczbę swobodnych elektronów w jednostce objętości przewodu n = 8.4・1022 1/cm3 oraz wartość ładunku elementarnego e = 1.6 ・ 10−19 C, mamy: Co to oznacza?

  14. Prąd elektryczny- gęstość prądu W naszym przykładzie elektrony aby pokonać odległość 1 cm w tym przewodzie potrzebują 28 sekund !!! Jak więc wiązać ten fakt z szybkością transmisji sygnałów elektrycznych przez przewody, zbliżoną do prędkości światła?

  15. Prąd ciepła a prąd elektryczny Metale oprócz dobrego przewodnictwa elektrycznego, jak dobrze wiecie przewodzą również ciepło. Prąd ciepła IQ przepływający przez przewodnik metalowy, jest równy liczbowo ilość energii przeniesionej w postaci ciepła w czasie t przez przekrój S przewodnika. Za oba rodzaje przewodnictwa odpowiedzialne elektrony swobodne.

  16. Prąd ciepła a prąd elektryczny Do końców przewodnika o długości l i przekroju poprzecznym S przyłożymy różnice potencjałów V1 – V2 V1 I V2 V1 > V2 Natężenie prądu gdzie zatem Między końcami przewodnika ciepła o długości i przekroju poprzecznym S wytworzymy różnicę temperatur T1-T2 T1 IQ T2 T1 > T2 Prąd ciepła Q – ciepło, t – czas przepływu ciepła

  17. Prąd ciepła a prąd elektryczny Zarówno przewodnictwo cieplne właściwe metali χ jak i ich przewodnictwo elektryczne właściwe σ związane jest z elektronami swobodnymi. Zatem w stałej temperaturze spełniającej warunek T >> 0K obie wielkości są do siebie wprost proporcjonalne. Jest prawo Wiedemanna-Franza gdzie k – stała Boltzmanna e – ładunek elementarny T – temperatura bezwzględna metalu

  18. Koniec Dziękuję za uwagę Tadeusz Bielecki

More Related