Sayfa yarı korumalı

Elektrik akımı

Vikipedi, özgür ansiklopedi
Gezintiye atla Aramaya atla

Elektrik akımı
Gerilim kaynağı TeX.svg ile Ohm Yasası
Akımın i harfi ile temsil edildiği basit bir elektrik devresi . Gerilim (V), direnç (R) ve akım (I) arasındaki ilişki V = IR'dir; bu Ohm kanunu olarak bilinir .
Ortak semboller
ben
SI birimiamper
Den Türevler
Diğer miktarlar
Boyut

Bir elektrik akımı bir akışı yüklü parçacıkların gibi elektron veya iyon bir üzerinden hareket, elektrik iletkeni ya da boşluk. Bir yüzeyden veya bir kontrol hacmine elektrik yükünün net akış hızı olarak ölçülür . [1] : 2 [2] : 622 Hareket eden parçacıklar , iletkene bağlı olarak çeşitli parçacık türlerinden biri olabilen yük taşıyıcıları olarak adlandırılır . Gelen elektrik devreleri , yük taşıyıcıları genellikle elektronlar bir geçiş hareketli tel . İçindeyarı iletkenler elektron veya delik olabilirler . Bir elektrolitte yük taşıyıcılar iyonlardır , iyonize bir gaz olan plazmada ise iyonlar ve elektronlardır. [3]

SI elektrik akımı birimidir amper veya amp bir hızda bir yüzey üzerinde elektrik yükünün akışıdır, coulomb saniyede. Amper (sembol: A) bir SI temel birimidir [4] : 15 Elektrik akımı, ampermetre adı verilen bir cihaz kullanılarak ölçülür . [2] : 788

Elektrik akımları , motorlarda, jeneratörlerde, indüktörlerde ve transformatörlerde kullanılan manyetik alanlar oluşturur . Sıradan iletkenler olarak, yol Joule ısıtması oluşturur, açık olarak akkor ampul . Zamanla değişen akımlar , telekomünikasyonda bilgi yayınlamak için kullanılan elektromanyetik dalgalar yayar .

Sembol

Akım için geleneksel sembolüdür ben , hangi Fransız ifade menşeili INTENSITE du courant , (mevcut yoğunluk). [5] [6] Akım yoğunluğu genellikle basitçe akım olarak adlandırılır . [7] ben sembolü tarafından kullanılmıştır Andre Marie Ampere , kime sonra elektrik akımının birim formüle ederken, adlı Ampère kuvvet yasasını (1820). [8] en az bir dergi kullanmasını değişmedi rağmen, standart hale İngiltere, Fransa'dan gitti notasyonu C için I , 1896 yılına kadar [9]

Sözleşmeler

Bir elektrik devresindeki yük taşıyıcıları olan elektronlar , geleneksel elektrik akımının tersi yönünde akarlar.
Sembolü , bir bir pil için devre şeması .

Bir olarak iletken bir malzemeden , hareketli olarak adlandırılır elektrik akımı oluşturan yüklü parçacıkların yük taşıyıcıları . Çoğu elektrik devresinde telleri ve diğer iletkenleri oluşturan metallerde, atomların pozitif yüklü atom çekirdekleri sabit bir konumda tutulur ve negatif yüklü elektronlar , metal içinde hareket etmekte serbest olan yük taşıyıcılarıdır. Diğer malzemelerde, özellikle yarı iletkenlerde , yük taşıyıcılar, kullanılan katkı maddesine bağlı olarak pozitif veya negatif olabilir . Bir elektrolitte olduğu gibi, pozitif ve negatif yük taşıyıcıları aynı anda mevcut olabilir.in elektrokimyasal hücre .

Bir pozitif yük akışı, ters yönde eşit bir negatif yük akışı olarak aynı elektrik akımını verir ve bir devrede aynı etkiye sahiptir. Akım, pozitif veya negatif yüklerin veya her ikisinin akışı olabileceğinden, akımın yönü için yük taşıyıcılarının türünden bağımsız bir konvansiyon gereklidir . Yönü geleneksel akımın isteğe bağlı olarak pozitif yükler aktığı yön olarak tanımlanır. Elektronlar (metal tellerdeki yük taşıyıcıları ve diğer birçok elektronik devre bileşeni) gibi negatif yüklü taşıyıcılar, bu nedenle bir elektrik devresindeki geleneksel akım akışının ters yönünde akarlar.

Referans yönü

Bir tel veya devre elemanındaki akım iki yönden birinde akabilir. Akımı temsil edecek bir değişken tanımlarken , pozitif akımı temsil eden yön, genellikle devre şematik diyagramı üzerinde bir okla belirtilmelidir . [a] : 13 Buna akımın referans yönü denir . Zaman elektrik devreleri analiz Belirli bir devre elemanından geçen akımın gerçek yönü, analiz tamamlanana kadar genellikle bilinmemektedir. Sonuç olarak, akımların referans yönleri genellikle keyfi olarak atanır. Devre çözüldüğünde, akım için negatif bir değer, o devre elemanından geçen gerçek akım yönünün seçilen referans yönünün tersi olduğunu gösterir. [b] : 29

Ohm kanunu

Ohm kanunu iki nokta arasındaki bir iletkenden geçen akım doğrudan olduğunu belirten orantılı için potansiyel farkı iki nokta arasında. Orantılılık sabiti, tanıtılması direnci , [11] bir bu ilişkiyi tarif eder zamanki matematiksel denklem ulaşır: [12]

burada bir birimi olarak iletkenin içinden akım amper , V , ölçülen potansiyel farkı boyunca birimleriyle iletken volt ve R, bir direnç birimleriyle iletkenin ohm . Daha spesifik olarak, Ohm yasası , bu ilişkideki R'nin akımdan bağımsız olarak sabit olduğunu belirtir . [13]

Alternatif ve doğru akım

İçinde alternatif akım (AC) sistemleri, hareketi elektrik yükünde periyodik yönü ters çevrilir. AC, en yaygın olarak işletmelere ve konutlara verilen elektrik gücünün şeklidir . Bir AC güç devresinin olağan dalga biçimi bir sinüs dalgasıdır , ancak bazı uygulamalar üçgen veya kare dalgalar gibi alternatif dalga biçimleri kullanır . Elektrik kabloları üzerinde taşınan ses ve radyo sinyalleri de alternatif akım örnekleridir. Bu uygulamalardaki önemli bir hedef , AC sinyaline kodlanmış (veya modüle edilmiş ) bilgilerin kurtarılmasıdır .

Tersine, doğru akım (DC), elektrik yükünün yalnızca bir yönde hareketinin (bazen tek yönlü akış olarak adlandırılır) olduğu bir sistemi ifade eder. Doğru akım, piller , termokupllar , güneş pilleri ve dinamo tipi komütatör tipi elektrik makineleri gibi kaynaklar tarafından üretilir . Alternatif akım, bir redresör kullanılarak doğru akıma da dönüştürülebilir . Doğru akım, tel gibi bir iletkende akabilir , ancak aynı zamanda yarı iletkenler , yalıtkanlar ve hatta elektron veya iyon ışınlarında olduğu gibi bir vakumdan da geçebilir.. Bir eski adı doğru akımla içindi galvanik akım . [14]

Olaylar

Elektrik akımının doğal gözlemlenebilir örnekleri arasında yıldırım , statik elektrik deşarjı ve kutup auroralarının kaynağı olan güneş rüzgarı bulunur .

Elektrik akımının insan yapımı oluşumları, uzun mesafeler boyunca elektrik enerjisi sağlayan havai güç hatları ve elektrikli ve elektronik ekipman içindeki daha küçük teller gibi metal tellerdeki iletim elektronlarının akışını içerir . Girdap akımları , değişen manyetik alanlara maruz kalan iletkenlerde oluşan elektrik akımlarıdır. Benzer şekilde, elektromanyetik dalgalara maruz kalan iletkenlerin özellikle yüzeyinde elektrik akımları oluşur . Salınımlı elektrik akımları , radyo antenleri içinde doğru voltajlarda akarken , radyo dalgaları üretilir.

Olarak elektronik , elektrik akımının diğer formları ile elektron akışını içerir dirençleri bir vakum ya da geçiş vakum tüpü , bir içindeki iyonların akışını batarya veya bir nöronun , ve akış deliklerine metal içinde ve yarı iletkenler .

Mevcut ölçüm

Akım, bir ampermetre kullanılarak ölçülebilir .

Elektrik akımı, bir galvanometre ile doğrudan ölçülebilir , ancak bu yöntem , bazen uygunsuz olan elektrik devresinin kesilmesini içerir .

Akım, akımla ilişkili manyetik alan tespit edilerek devre kesilmeden de ölçülebilir. Devre düzeyinde cihazlar, akımı ölçmek için çeşitli teknikler kullanır:

  • Şönt dirençler [15]
  • Hall etkisi akım sensörü dönüştürücüleri
  • Transformatörler (ancak DC ölçülemez)
  • Manyetoresistif alan sensörleri [16]
  • Rogowski bobinleri
  • Akım pensleri

Dirençli ısıtma

Olarak da bilinen bir Joule ısıtma, omik ısıtma ve dirençli ısıtma , işlemidir güç tüketimi [17] : 36 bir geçiş, bir elektrik akımı geçişi hangi iletken arttırır iç enerji iletkeninin, [18] : 846 dönüştürme termodinamik çalışma içine ısı . [18] : 846, dn. 5 fenomeni ile incelendi James Prescott, Joule 1841 jul sabit bir tel uzunluğu dalmış kütle arasında su ve ölçülen30 dakikalık bir süre boyunca telden geçen bilinen bir akım nedeniyle sıcaklık artışı . Mevcut ve telin uzunluğu değiştirilerek de üretilen ısı, olduğu sonucuna orantılı için kare ile çarpılır akımının elektrik direncinin tel.

Bu ilişki Joule Yasası olarak bilinir . [17] : 36 SI birim ve enerji daha sonra seçildi joule ve sembolü verilen J . [4] : 20 Yaygın olarak bilinen SI güç birimi watt (sembol: W), saniyede bir joule'a eşittir. [4] : 20

Elektromanyetizma

Elektromanyetik

Manyetik alan, bir solenoiddeki bir elektrik akımı tarafından üretilir .

Bir elektromıknatısta, içinden bir elektrik akımı geçtiğinde bir tel bobini mıknatıs gibi davranır. Akım kesildiğinde, bobin manyetizmasını hemen kaybeder. Elektrik akımı manyetik bir alan oluşturur . Manyetik alan, akım olduğu sürece devam eden teli çevreleyen dairesel alan çizgilerinin bir modeli olarak görselleştirilebilir.

Elektromanyetik indüksiyon

Alternatif elektrik akımı, değişen bir manyetik alan üreterek solenoidden geçer. Bu alan, elektromanyetik indüksiyonla tel döngüde bir elektrik akımının akmasına neden olur .

Manyetik alanlar, elektrik akımları yapmak için de kullanılabilir. Bir iletkene değişen bir manyetik alan uygulandığında, uygun bir yol olduğunda bir elektrik akımını başlatan bir elektromotor kuvveti (EMF) indüklenir, [18] : 1004 .

Radyo dalgaları

Bir elektrik akımının bir aktığında uygun şekilli iletken de radyo frekansları , radyo dalgaları oluşturulabilir. Bunlar ışık hızında hareket ederler ve uzaktaki iletkenlerde elektrik akımlarına neden olabilirler.

Çeşitli ortamlarda iletim mekanizmaları

Metalik katılarda elektrik yükü, elektronlar aracılığıyla düşükten yükseğe elektrik potansiyeline doğru akar . Diğer ortamlarda, herhangi bir yüklü nesne akışı (örneğin iyonlar) bir elektrik akımı oluşturabilir. Yük taşıyıcılarının türünden bağımsız bir akım tanımı sağlamak için, geleneksel akım , pozitif yük akışı ile aynı yönde hareket etmek olarak tanımlanır. Dolayısıyla, yük taşıyıcılarının (elektronların) negatif olduğu metallerde, geleneksel akım genel elektron hareketinin tersi yönündedir. Yük taşıyıcılarının pozitif olduğu iletkenlerde, konvansiyonel akım yük taşıyıcılarla aynı yöndedir.

Bir vakumda , bir iyon veya elektron demeti oluşabilir. Diğer iletken malzemelerde elektrik akımı, hem pozitif hem de negatif yüklü parçacıkların aynı anda akışından kaynaklanır. Yine diğerlerinde, akım tamamen pozitif yük akışından kaynaklanmaktadır . Örneğin, elektrolitlerdeki elektrik akımları , pozitif ve negatif yüklü iyonların akışıdır. Ortak bir kurşun asit elektrokimyasal hücrede, elektrik akımları bir yönde akan pozitif hidronyum iyonlarından ve diğerinde akan negatif sülfat iyonlarından oluşur. Kıvılcım veya plazmada elektrik akımlarıpozitif ve negatif iyonların yanı sıra elektronların akışlarıdır. Buzda ve belirli katı elektrolitlerde elektrik akımı tamamen akan iyonlardan oluşur.

Metaller

Bir metalde , her bir atomdaki dış elektronların bir kısmı, moleküler katılarda oldukları gibi tek tek moleküllere veya yalıtım malzemelerinde oldukları gibi tam bantlarda bağlı değildir , ancak metal kafes içinde hareket etmekte serbesttirler . Bu iletim elektronları , bir akım taşıyan yük taşıyıcıları olarak hizmet edebilir . Metaller özellikle iletkendir çünkü bu serbest elektronların çoğu, tipik olarak kafesteki atom başına bir tane vardır. Hiçbir harici elektrik alanı uygulanmadan, bu elektronlar termal enerji nedeniyle rastgele hareket eder , ancak ortalama olarak metal içinde sıfır net akım vardır. Oda sıcaklığında, bu rastgele hareketlerin ortalama hızı 10'dur.Saniyede 6 metre. [19] Metal bir telin içinden geçtiği bir yüzey verildiğinde, elektronlar yüzey boyunca her iki yönde eşit bir oranda hareket ederler. George Gamow'un popüler bilim kitabı Bir, İki, Üç'te yazdığı gibi ... Sonsuzluk (1947), "Metalik maddeler, atomlarının dış kabuklarının oldukça gevşek bir şekilde bağlanması ve genellikle elektronlarından birinin serbest kalmasına izin vermesiyle diğer tüm malzemelerden farklılık gösterir. Böylece bir metalin içi büyük bir Yerinden edilmiş insanlardan oluşan bir kalabalık gibi amaçsızca dolaşan bağlanmamış elektronların sayısı Bir metal tel, zıt uçlarına uygulanan elektrik kuvvetine maruz kaldığında, bu serbest elektronlar kuvvet yönünde hareket ederek elektrik akımı dediğimiz şeyi oluşturur. "

Pil gibi bir DC voltaj kaynağının iki terminaline metal bir tel bağlandığında , kaynak, iletken boyunca bir elektrik alanı yerleştirir. Temas kurulduğu anda, iletkenin serbest elektronları , bu alanın etkisi altında pozitif terminale doğru sürüklenmeye zorlanır . Serbest elektronlar bu nedenle tipik bir katı iletkendeki yük taşıyıcıdır .

Bir yüzeyden sabit bir yük akışı için, akım I (amper cinsinden) aşağıdaki denklemle hesaplanabilir:

burada Q , t süresi boyunca yüzeyden aktarılan elektrik yüküdür . Eğer S ve T ölçülür coulomb sırasıyla saniye, bir amper bulunmaktadır.

Daha genel olarak, elektrik akımı, yükün belirli bir yüzeyden aktığı hız olarak temsil edilebilir:

Elektrolitler

Bir proton iletken statik içinde elektrik alanı .

Elektrik akımları elektrolit elektrik yüklü parçacıklar (akımları olan iyonlar ). Örneğin, bir Na + ve Cl - çözeltisinin üzerine bir elektrik alanı yerleştirilirse (ve koşullar doğruysa), sodyum iyonları negatif elektroda (katot) doğru hareket ederken, klorür iyonları pozitif elektroda (anot) doğru hareket eder. Reaksiyonlar her iki elektrot yüzeyinde gerçekleşir ve her iyonu nötralize eder.

Su-buz ve proton iletkenleri olarak adlandırılan belirli katı elektrolitler , hareketli olan pozitif hidrojen iyonları (" protonlar ") içerir. Bu malzemelerde elektrik akımları, metallerdeki hareket eden elektronların aksine hareketli protonlardan oluşur.

Bazı elektrolit karışımlarında, parlak renkli iyonlar hareketli elektrik yükleridir. Rengin yavaş ilerlemesi, akımı görünür kılar. [20]

Gazlar ve plazmalar

Bozulma alanının altındaki hava ve diğer sıradan gazlarda , baskın elektrik iletimi kaynağı radyoaktif gazlar, ultraviyole ışık veya kozmik ışınlar tarafından üretilen nispeten az sayıda hareketli iyon aracılığıyladır. Elektriksel iletkenlik düşük olduğu için gazlar dielektrik veya yalıtkanlardır . Bununla birlikte, uygulanan elektrik alanı kırılma değerine yaklaştığında , serbest elektronlar , çığ kırılması adı verilen bir süreçte nötr gaz atomları veya molekülleri çarpışarak ve iyonlaştırarak ek serbest elektronlar oluşturmak için elektrik alanı tarafından yeterince hızlandırılır . Bozulma süreci bir plazma oluştururBu, onu bir elektrik iletkeni yapmak için yeterli mobil elektron ve pozitif iyon içerir. Bu süreçte kıvılcım , ark veya şimşek gibi ışık yayan iletken bir yol oluşturur .

Plazma , bir gazdaki bazı elektronların moleküllerinden veya atomlarından sıyrıldığı veya "iyonize edildiği" madde halidir . Bir plazma, yüksek sıcaklıkla veya yukarıda belirtildiği gibi yüksek elektrik veya alternatif bir manyetik alanın uygulanmasıyla oluşturulabilir. Daha düşük kütleleri nedeniyle, bir plazmadaki elektronlar, bir elektrik alanına yanıt olarak daha ağır pozitif iyonlardan daha hızlı hızlanır ve dolayısıyla akımın büyük bir kısmını taşır. Serbest iyonlar, yeni kimyasal bileşikler oluşturmak için yeniden birleşir (örneğin, atmosferik oksijeni tek oksijene [O 2 → 2O] böler ve daha sonra ozon [O 3 ] oluşturarak yeniden birleşir ). [21]

Vakum

" Mükemmel vakum " yüklü parçacık içermediğinden, normalde mükemmel bir yalıtkan olarak davranır. Bununla birlikte, metal elektrot yüzeyleri, alan elektron emisyonu veya termiyonik emisyon yoluyla serbest elektronları veya iyonları enjekte ederek vakumun bir bölgesinin iletken hale gelmesine neden olabilir . Termiyonik emisyon, termal enerji metalin çalışma fonksiyonunu aştığında meydana gelirken, alan elektron emisyonu , metalin yüzeyindeki elektrik alanı tünellemeye neden olacak kadar yüksek olduğunda meydana gelir, bu da metalden serbest elektronların boşluğa atılmasına neden olur . Dışarıdan ısıtılmış elektrotlar genellikle bir elektron bulutu oluşturmak için kullanılırolarak filaman ya da dolaylı olarak katot ısıtıldı ve vakum tüpleri . Soğuk elektrotlar , küçük akkor bölgeler ( katot noktaları veya anot noktaları olarak adlandırılır ) oluştuğunda termiyonik emisyon yoluyla kendiliğinden elektron bulutları üretebilir . Bunlar, lokalize bir yüksek akım tarafından oluşturulan elektrot yüzeyinin akkor bölgeleridir. Bu bölgeler alan elektron emisyonu ile başlatılabilir , ancak daha sonra bir vakum arkı oluştuğunda lokalize termiyonik emisyonla sürdürülür . Bu küçük elektron yayan bölgeler, yüksek bir elektrik alanına maruz kalan bir metal yüzey üzerinde oldukça hızlı, hatta patlayıcı bir şekilde oluşabilir. Vakum tüplerive sprytronlar , vakum iletkenliğine dayalı elektronik anahtarlama ve kuvvetlendirme cihazlarından bazılarıdır.

Süperiletkenlik

Süperiletkenlik, tam olarak sıfır elektrik direnci ve karakteristik bir kritik sıcaklığın altına soğutulduğunda belirli malzemelerde oluşan manyetik alanların atılması olgusudur . Heike Kamerlingh Onnes tarafından 8 Nisan 1911'de Leiden'de keşfedildi . Gibi ferromanyetızma ve atomik spektral çizgiler , süper a, kuantum mekanik bir olgudur. Manyetik alan çizgilerinin tamamen çıkarılması olan Meissner etkisi ile karakterizedir.süperiletken duruma geçerken süper iletkenin içinden. Meissner etkisi oluşması süper-iletkenlik idealize basitçe anlaşılamaz belirtir mükemmel iletkenlik olarak klasik fizik .

Yarı iletken

Bir yarı iletkende , akımı pozitif " deliklerin " akışından ( yarı iletken kristalin bir değerlik elektronunun eksik olduğu yerler olan hareketli pozitif yük taşıyıcıları) bağlı olarak düşünmek bazen yararlıdır . Bu, p tipi bir yarı iletkendeki durumdur. Bir yarı iletken, bir iletken ve bir yalıtkan arasında büyüklük olarak orta büyüklükte bir elektrik iletkenliğine sahiptir . Bu da yaklaşık olarak 10 aralığındaki bir iletkenlik anlamına -2 10 bulundunuz 4 siemens santimetre (S⋅cm -1 ).

Klasik kristalin yarı iletkenlerde, elektronlar yalnızca belirli bantlar içinde (yani enerji seviyelerinin aralıkları) enerjilere sahip olabilir. Enerjik olarak, bu bantlar temel durum enerjisi, elektronların malzemenin atom çekirdeğine sıkıca bağlı olduğu durum ile serbest elektron enerjisi arasında yer alır; ikincisi, bir elektronun tamamen elektrondan kaçması için gereken enerjiyi açıklar. malzeme. Enerji bantlarının her biri elektronların birçok ayrı kuantum durumuna karşılık gelir ve düşük enerjili (çekirdeğe daha yakın) durumların çoğu, değerlik bandı adı verilen belirli bir banda kadar işgal edilir . Yarı iletkenler ve izolatörler metallerden farklıdırçünkü herhangi bir metaldeki değerlik bandı olağan çalışma koşulları altında neredeyse elektronlarla doldurulurken, bunların çok azı (yarı iletken) veya hemen hemen hiçbiri (yalıtkan) iletim bandında mevcuttur , bant değerlik bandının hemen üzerindedir.

Değerlik bandından iletim bandına kadar yarı iletkendeki heyecan verici elektronların kolaylığı , bantlar arasındaki bant boşluğuna bağlıdır . Bu enerji bandı boşluğunun boyutu, yarı iletkenler ve yalıtıcılar arasında keyfi bir bölme çizgisi (kabaca 4 eV ) görevi görür .

Kovalent bağlarla, bir elektron komşu bir bağa atlayarak hareket eder. Pauli ilkesi elektron bu bağın daha yüksek anti-bağlanma haline kaldırılmasını gerektirir. Yerinden uzaklaştırılmış durumlar için, örneğin bir boyutta - yani bir nanotelde , her enerji için elektronların bir yönde aktığı ve diğerinde elektronların aktığı başka bir durumda olduğu bir durum vardır. Net bir akımın akması için, bir yön için diğer yöne göre daha fazla durum işgal edilmelidir. Bunun gerçekleşmesi için, yarı iletkendeki sonraki yüksek durumlar bant boşluğunun üzerinde olduğu gibi enerji gereklidir. Genellikle bu şu şekilde ifade edilir: tam bantlar elektriksel iletkenliğe katkıda bulunmaz . Bununla birlikte, bir yarı iletkenin sıcaklığı yükseldikçemutlak sıfır , yarı iletkende kafes titreşimi ve iletim bandındaki heyecan verici elektronlar için harcanacak daha fazla enerji vardır. İletim bandındaki akım taşıyan elektronlar serbest elektronlar olarak bilinir , ancak bağlamda açıksa genellikle basitçe elektron olarak adlandırılırlar .

Akım yoğunluğu ve Ohm kanunu

Akım yoğunluğu, yükün seçilen bir birim alandan geçtiği hızdır. [22] : 31 Büyüklüğü birim kesit alanı başına akım olan bir vektör olarak tanımlanır . [2] : 749 Referans yönünde tartışıldığı gibi yön keyfidir. Geleneksel olarak, hareketli yükler pozitifse, akım yoğunluğu, yüklerin hızıyla aynı işarete sahiptir. Negatif yükler için, akım yoğunluğunun işareti, yüklerin hızının tersidir. [2] : 749 olarak SI birimleri , akım yoğunluğu (sembol: j) metre kare başına amper temel SI birimleri ile ifade edilir. [4] :22

Metaller gibi doğrusal malzemelerde ve düşük frekanslar altında, iletken yüzey boyunca akım yoğunluğu tekdüzedir. Bu gibi durumlarda, Ohm yasası , akımın, o metal (ideal) direncin (veya başka bir omik cihazın ) iki ucu (boyunca) arasındaki potansiyel farkla doğru orantılı olduğunu belirtir :

akım nerede , amper cinsinden ölçülür; bir potansiyel farkı olarak ölçülür, volt ; ve bir direnç ölçülen, ohm . İçin alternatif akım , özellikle yüksek frekanslarda, deri etkisi dolayısıyla bariz direncini artırarak, yüzeye yakın daha yüksek bir yoğunluğa sahip, düzensiz iletken enine kesiti boyunca yayılmasına akımının neden olur.

Drift hızı

Bir iletken içindeki hareketli yüklü parçacıklar, bir gaz parçacıkları gibi sürekli olarak rastgele yönlerde hareket eder . (Daha doğrusu, bir Fermi gazı .) Net bir yük akışı oluşturmak için, parçacıkların da ortalama bir sürüklenme oranıyla birlikte hareket etmesi gerekir. Elektronlar çoğu metalde yük taşıyıcılarıdır ve atomdan atoma sıçrayan, ancak genellikle elektrik alanının tersi yönünde sürüklenen düzensiz bir yol izlerler. Kaydıkları hız aşağıdaki denklemden hesaplanabilir:

nerede

elektrik akımı
birim hacim başına yüklü parçacık sayısıdır (veya yük taşıyıcı yoğunluğu)
iletkenin kesit alanıdır
olduğu sürüklenme hızı , ve
her parçacığın yüküdür.

Tipik olarak katı maddelerdeki elektrik yükleri yavaş akar. Örneğin, bir in bakır kesiti 0,5 mm tel 2 , 5, A bir akım taşıyan, sürüklenme hızı elektron saniyede bir milimetre mertebesindedir. Farklı bir örnek vermek gerekirse, bir katot ışını tüpünün içindeki vakuma yakın durumda , elektronlar , ışık hızının yaklaşık onda biri oranında düze yakın hatlar halinde hareket ederler .

Hızlanan herhangi bir elektrik yükü ve dolayısıyla değişen herhangi bir elektrik akımı, iletken yüzeyinin dışında çok yüksek hızda yayılan bir elektromanyetik dalgaya yol açar . Bu hız, Maxwell denklemlerinden anlaşılabileceği gibi, genellikle ışık hızının önemli bir bölümüdür ve bu nedenle elektronların sürüklenme hızından birçok kat daha hızlıdır. Örneğin, AC güç hatlarında , elektromanyetik enerji dalgaları, tellerdeki elektronlar yalnızca küçük bir mesafe boyunca ileri geri hareket etse de, bir kaynaktan uzak bir yüke hareket ederek teller arasındaki boşlukta yayılır .

Elektromanyetik dalganın hızının boş uzaydaki ışık hızına oranı hız faktörü olarak adlandırılır ve iletkenin ve onu çevreleyen yalıtım malzemelerinin elektromanyetik özelliklerine ve şekil ve boyutlarına bağlıdır.

Bu üç hızın büyüklükleri (doğaları değil), gazlarla ilişkili üç benzer hız ile bir analoji ile gösterilebilir. (Ayrıca bkz . Hidrolik benzetme .)

  • Yük taşıyıcılarının düşük sürüklenme hızı hava hareketine benzer; başka bir deyişle rüzgarlar.
  • Elektromanyetik dalgaların yüksek hızı kabaca bir gazdaki ses hızına benzer (ses dalgaları havada taşınım gibi büyük ölçekli hareketlerden çok daha hızlı hareket eder )
  • Yüklerin rastgele hareketi ısıya benzer - rastgele titreşen gaz parçacıklarının termal hızı.

Ayrıca bakınız

  • Mevcut yoğunluk
  • Elektrik şoku
  • Elektriksel ölçümler
  • Elektrik mühendisliği tarihi
  • Uluslararası Miktarlar Sistemi
  • SI elektromanyetizma birimleri
  • Tek fazlı elektrik gücü
  • Üç fazlı elektrik gücü
  • İki fazlı elektrik gücü

Notlar

  1. ^ Ok, bir akımın tanımının temel bir parçasıdır. [10]
  2. ^ Analizdeki ilk adımımız, bilinmeyen akımlar için referans yönlerin varsayılmasıdır. [10]

Referanslar

  1. ^ Horowitz, Paul ; Hill, Winfield (2015). Elektronik sanatı (3. baskı). Cambridge University Press . ISBN 978-0-521-80926-9.
  2. ^ a b c d Walker, Jearl; Halliday, David; Resnick, Robert (2014). Fiziğin Temelleri (10. baskı). Hoboken, NJ: Wiley. ISBN 978-1118230732. OCLC  950235056 .
  3. ^ Anthony C. Fischer-Cripps (2004). Elektronik arkadaşı . CRC Basın. s. 13. ISBN 978-0-7503-1012-3.
  4. ^ a b c d Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler Bürosu (2019-05-20), SI Broşürü: Uluslararası Birimler Sistemi (SI) (PDF) (9. baskı), ISBN  978-92-822-2272-0
  5. ^ TL Lowe, John Rounce, A-level Physics için Hesaplamalar , s. 2, Nelson Thornes, 2002 ISBN 0-7487-6748-7 . 
  6. ^ Howard M. Berlin, Frank C. Getz, Elektronik Enstrümantasyon ve Ölçüm Prensipleri , s. 37, Merrill Yay. Co., 1988 ISBN 0-675-20449-6 . 
  7. ^ KS Suresh Kumar, Electric Circuit Analysis , Pearson Education India, 2013, ISBN 9332514100 , bölüm 1.2.3 "'Akım yoğunluğu' genellikle 'mevcut' kendisi olarak anılır." 
  8. ^ AM Ampère, Recueil d'Observation Électro-dynamiques , s. 56, Paris: Chez Crochard Libraire 1822 (Fransızca).
  9. ^ Elektrik Gücü , cilt. 6, p. 411, 1894.
  10. ^ a b Hayt, William (1989). Engineering Electromagnetics (5. baskı). McGraw-Hill. ISBN 0070274061.
  11. ^ Consoliver, Earl L .; Mitchell, Grover I. (1920). Otomotiv ateşleme sistemleri . McGraw-Hill. s. 4 . ohm kanunu akım orantılı gerilim direnci.
  12. ^ Robert A. Millikan ve ES Bishop (1917). Elektrik Elemanları . Amerikan Teknik Derneği. s. 54 . Ohm kanunu akımı doğru orantılıdır.
  13. ^ Oliver Heaviside (1894). Elektrik kağıtları . 1 . Macmillan ve Co. s. 283. ISBN 978-0-8218-2840-3.
  14. ^ Andrew J. Robinson; Lynn Snyder-Mackler (2007). Klinik Elektrofizyoloji: Elektroterapi ve Elektrofizyolojik Test (3. baskı). Lippincott Williams ve Wilkins. s. 10. ISBN 978-0-7817-4484-3.
  15. ^ Akım Sensörü Nedir ve Nasıl Kullanılır? . Focus.ti.com. Erişim tarihi: 2011-12-22.
  16. ^ Andreas P. Friedrich, Helmuth Lemme Evrensel Akım Sensörü . Sensorsmag.com (2000-05-01). Erişim tarihi: 2011-12-22.
  17. ^ a b Jaffe, Robert L .; Taylor, Washington (2018). Enerji fiziği . Cambridge University Press.
  18. ^ a b c Serway, Raymond A .; Jewett, John W. (2004). Bilim Adamları ve Mühendisler için Fizik (6. baskı). Thomson Brooks / Cole. ISBN 0-534-40842-7.
  19. ^ "İletim In Metallerin Mekanizması" Arşivlendi at 2012/10/25 Wayback Machine , Kadehi düşünün.
  20. ^ Rudolf Holze, Deneysel Elektrokimya: Bir Laboratuvar Ders Kitabı , sayfa 44, John Wiley & Sons, 2009 ISBN 3527310983 . 
  21. ^ "Lab Note # 106 Ark Bastırmanın Çevresel Etkisi " . Ark Bastırma Teknolojileri. Nisan 2011 . Erişim tarihi: March 15, 2012 .
  22. ^ Zangwill, Andrew (2013). Modern Elektrodinamik . Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-89697-9.