Przepływ prądu i natężenie prądu elektrycznego

Natężenie prądu elektrycznego (I) jest skalarną wielkością fizyczną, informującą o wielkości ładunku elektrycznego (q), jaki przepłynie przez przekrój poprzeczny przewodnika w czasie t.

I= \frac{q}{t}
 
Jednostką natężenia prądu elektrycznego jest amper (A), którego definicja związana jest z działaniem na przewodniki siły elektrodynamicznej (jego ścisła definicja zostanie podana w dalszych rozdziałach niniejszego opracowania).

Wykorzystując jednostkę natężenia prądu można sformułować definicję jednostki ładunku elektrycznego, czyli kulomba. Jeden kulomb jest wartością ładunku jaki przeniesie prąd elektryczny o natężeniu jednego ampera płynący przez jedną sekundę:

1C=1A \cdot 1S  

Gęstość prądu elektrycznego (j) jest zdefiniowana jako stosunek natężenia prądu elektrycznego do pola powierzchni przekroju poprzecznego przewodnika (S).

j= \frac{I}{S}
 
Jak wynika z przytoczonej definicji, jednostką gęstości prądu jest amper na metr kwadratowy (1A/m2).

Gęstość prądu jest wielkością wektorową, której kierunek jest zgodny z kierunkiem natężenia pola elektrycznego wewnątrz przewodnika, a więc jest to kierunek przeciwny do kierunku ruchu elektronów w przewodniku.

 \vec{j} =n \vec{v} e
 
gdzie: n – ilość elektronów swobodnych w jednostce objętości przewodnika (koncentracja nośników prądu elektrycznego), v – prędkość nośników prądu, e – ładunek elementarny.

Rys. Monika Pilch

Na rysunku przedstawiono dwa połączone ze sobą przewodniki o różnych polach powierzchni przekroju poprzecznego. Ponieważ natężenie prądu nie zależy od pola powierzchni, to jest ono jednakowe w obydwu przewodnikach, więc:

I1 = I2

Ponieważ I = j • S, to: j1S1 = j2S2. Wynika z tego, że stosunek gęstości prądu w obu przewodnikach jest odwrotnie proporcjonalny do odpowiedniego stosunku ich pól powierzchni:

 \frac{j _{1} }{j _{2} } = \frac{S _{2} }{S _{1} }

Natężenie i gęstość prądu elektrycznego – przykład.

Przez przewodnik w czasie 2s przepłynęły elektrony w ilości 1020. Jakie jest natężenie prądu elektrycznego w tym przewodniku? Ile wynosi gęstość tego prądu, jeżeli pole powierzchni przekroju poprzecznego przewodnika jest równe 0,1m2?

Dane:                                        Szukane:
t = 2s                                        I = ?
N = 1020                                    j = ?
S = 0,1m2
e = 1,6•10-19C

Rozwiązanie:

I= \frac{q}{t}
 
Skoro przez przewodnik przepłynęło N elektronów, a każdy z nich przeniósł ładunek elementarny, to całkowity ładunek jest równy q = Ne. Wstawiając to wyrażenie do wzoru na natężenie prądu otrzymamy:

I= \frac{Ne}{t} = \frac{10 ^{20}  \cdot 1,6 \cdot 10 ^{-19}C }{2S} =8A
 
Gęstość prądu jest równa:

j= \frac{I}{S} = \frac{8A}{0,1m ^{2} } =80 \frac{A}{m ^{2} }

Polecamy również:

  • Prędkość unoszenia (dryfu)

    W przypadku gdy w przewodniku nie ma pola elektrycznego elektrony walencyjne poruszają się w sposób bardzo przypadkowy. Gdy natomiast, w wyniku przyłożonego do przewodnika napięcia pojawi się pole elektryczne, elektrony obok ruchu chaotycznego będą poruszać się w sposób uporządkowany, w kierunku... Więcej »

Komentarze (0)
Wynik działania 5 + 1 =
Ostatnio komentowane
Fajne
• 2024-04-17 15:24:05
xdxd jestem taka sigma ze to szok pyr jala
• 2024-04-17 09:06:00
xd
• 2024-04-16 17:58:56
@Mariola - dziękujemy za zwrócenie uwagi, wpis został poprawiony. Pozdrawiamy :)
• 2024-04-16 07:36:55