Apa iku arus listrik? Kelingan pisanan, apa definisi saiki sing wis kita sinau?

Cukup, gerakan arah partikel sing diisi ing konduktor minangka arus listrik.

Mung nalika zat wis ngisi partikel sing bisa obah kanthi bebas, bisa ngirim arus listrik-yaiku, ngirim listrik. Partikel bermuatan iki sing melu konduksi diarani pembawa. Kanggo logam, contone, mung elektron njaba saka atom bisa tumindak minangka operator.

“Gerakan arah” ing definisi arus listrik asring disalahake. Akeh wong sing ngira iki nuduhake gerakan kanthi arah tartamtu, mesthi ora! Apa arah gerakan elektron ing sirkuit AC ora owah?

Nyatane, orienteering relatif kanggo “gerakan acak”!

Wiwit èlèktron minangka partikel mikroskopis, kudu tansah ana ing gerakan termal. Gerakan termal minangka gerakan acak, kaya sing ditampilake ing gambar ing ngisor iki.

Gerakan iki pancen cepet banget. Contone, ing logam ing suhu kamar, kacepetan gerakan termal elektronik ing urutan atusan kilometer per detik!

If you look closely at this random movement, you will find that the direction of movement of each particle is random at any moment. If you add up the velocity vectors of these particles, the result is almost zero.

Saiki nambah kolom listrik kanggo konduktor, lan elektron superimposes gerakan arah ing basis saka gerakan acak. Kanthi nganggep yen medan listrik ana ing sisih kiwa sajrone wektu tartamtu, obahe elektron katon kaya ing ngisor iki. Bal abang nggambarake atom logam ing kisi kristal, lan titik-titik sing obah cepet nggambarake elektron bebas.

Apa katon cepet? Iku amarga gerakan elektronik pancen cepet banget! Nanging nyatane, gerakan acak, sing nyatakake proporsi gedhe, ora nyumbang kanggo arus. Nalika gerakan acak wis ngilangi, liyane mung kaya dipikir alon ing ngisor iki.

Indeed, the directional movement of electrons is much slower than the speed of thermal movement. This “grinding” movement of electrons is called drift, or “drift”. Sometimes, electrons will run in the opposite direction because of collisions with atoms. But in general, electrons move in one direction.

If the electric field changes direction, the direction of electron drift will also change.

Mulane, gerakan arah iki tegese jumlah kacepetan kabeh elektron sing melu konduksi ing wektu tartamtu ora nol, nanging umume ing arah tartamtu. Arah iki bisa diowahi sawayah-wayah, lan iku kasus arus bolak-balik.

Mulane, saiki dudu “gerakan arah” saka muatan listrik amarga iku “gerakan kolektif” muatan listrik.

Gedhene arus ing konduktor kasebut dituduhake kanthi intensitas saiki. Intensitas saiki ditetepake minangka jumlah listrik sing ngliwati bagean salib konduktor ing wektu unit, yaiku.

Kita wis sinau sawetara jumlah fisik sing ngemot tembung “intensitas”, kayata intensitas medan listrik lan intensitas induksi magnetik. Umume nuduhake bagean saben unit wektu, area unit (utawa volume unit, sudut padhet unit). Nanging, tembung “intensitas” ing intensitas saiki ora nggambarake bagean saiki wilayah kasebut.

Nyatane, jumlah fisik liyane tanggung jawab kanggo distribusi arus menyang wilayah, yaiku kapadhetan saiki.

Wiwit intine arus listrik yaiku gerakan arah muatan listrik, kudu ana hubungan tartamtu antarane intensitas saiki lan kacepetan drift!

In order to obtain this relationship, we must first clarify a concept-carrier concentration, that is, the number of carriers in a unit volume, which is expressed by .

It is assumed that the conductor cross section is, the carrier concentration is, the drift velocity is, and the charged charge is.

Banjur pangisian daya ing konduktor ing sisih kiwa permukaan yaiku, lan biaya kasebut bakal ngliwati permukaan sajrone wektu tartamtu, dadi

Iki minangka ekspresi mikroskopis saka intensitas saiki.

Kapadhetan saiki yaiku bagean saka arus menyang area, dadi gedhene Kapadhetan saiki, nanging ditetepake minangka vektor, lan arah kasebut minangka arah vektor kecepatan drift saka operator muatan positif, saéngga drift elektron ing logam bisa dipikolehi saka Speed ​​iki, minangka conto ing ngisor iki.

Coba kawat tembaga, yen saben atom tembaga nyumbangake elektron minangka pembawa. Ana 1 mol tembaga, volume sawijining, massa molar punika, Kapadhetan punika, banjur konsentrasi pembawa kabel tembaga punika

Endi konstanta Avogadro. Kapadhetan tembaga ditemokake, lan nilai sing dipikolehi kanthi ngganti kira-kira unit / meter kubik.

Kanthi asumsi yen radius kabel tembaga yaiku 0.8 mm, arus sing mili yaiku 15A, = 1.6 C, lan kecepatan drift elektron diitung minangka

Bisa dideleng manawa kacepetan drift elektron pancen cilik banget.

Kanggo sing sinau sirkuit, ing ndhuwur minangka definisi lengkap babagan arus.

Nanging ing fisika, definisi arus ing ndhuwur mung minangka definisi sing sempit. Arus sing luwih umum ora diwatesi karo konduktor, anggere gerakan muatan listrik saiki. Contone, nalika elektron saka atom hidrogen ngubengi inti, arus listrik dibentuk ing orbite.

Suppose the amount of electronic charge is and the period of movement is. Then every time that elapses, there is such a large amount of charge passing through any cross section of the loop, so the current intensity is based on the relationship between period, frequency and angular velocity, and the current can also be expressed as

Contone, disk logam sing diisi daya, muter ing sumbu, uga mbentuk arus loop kanthi radius sing beda.

This kind of current is not a normal conduction current and cannot generate Joule heat! Can not form a real circuit.

Yen ora, sampeyan bakal menehi pitungan babagan jumlah panas joule sing diasilake saben detik dening elektron saka atom hidrogen?

Nyatane, arus ing vakum ora nyukupi hukum Ohm. Amarga, kanggo arus listrik sing dibentuk dening gerakan partikel sing diisi ing vakum, operator ora tabrakan padha karo kisi ing logam, mula vakum ora duwe resistensi lan ora konduktansi.

Obahe muatan listrik ngasilake arus listrik, lan muatan listrik dhewe ndadekake medan listrik. Iki gampang nyebabake kesalahpahaman. Mulane, akeh wong mikir yen medan listrik saka partikel sing diisi daya sing mbentuk arus listrik kudu katon. Nanging nyatane, kanggo arus konduksi ing konduktor umum, operator mili ing latar mburi sing kasusun saka akeh ion logam sing diisi positif, lan konduktor kasebut netral!

Kita asring nyebut arus khusus iki minangka “arus setara”. Sing padha ing kene tegese ngasilake medan magnet kanthi basis sing padha karo arus konduksi biasa!

Pangeling: Aja bingung “arus setara” ing kene karo “sirkuit setara” ing analisis sirkuit

Nyatane, nalika pisanan sinau babagan medan magnet, arus listrik ing hukum Biot-Saffar minangka arus listrik umum sing ngemot arus sing padha. Mesthine, arus konduksi ing persamaan Maxwell uga nuduhake arus umum.

Sing wis nyinaoni efek fotoelektrik ngerti yen fotoelektron mabur saka katoda menyang anoda, yen pengaruh hawa diabaikan, arus iki disebabake dening gerakan muatan listrik ing vakum, lan ora ana resistensi, mula ora ana resistensi. ora diwatesi dening hukum Ohm.

Dadi, apa iki mung babagan arus listrik ing fisika?

Ora! Ana uga rong jinis, yaiku arus magnetisasi lan arus perpindahan.

Padha uga loro arus padha, kang, minangka jeneng tabet, uga ngenalaken kanggo nerangake magnetisme. Ing tembung liya, dheweke wis ngilangi karakteristik dhasar “gerakan muatan” saiki!

Apik tenan! Ora ana gerakan muatan listrik, mula kenapa bisa diarani arus listrik?

Aja kuwatir, lan ngrungokake aku alon-alon.

Let’s look at the magnetizing current first.

Ditemokake manawa magnetisme disebabake obahe listrik (ora nganggep panjelasan magnetisme kanthi sifat intrinsik spin kanggo wektu iki). Kanggo njlentrehake magnetisme alam, fisikawan Prancis Ampere ngusulake hipotesis “sirkulasi molekul”.

Kaya sing dituduhake ing gambar ing ngisor iki, atom utawa molekul apa wae bisa dianggep duwe muatan listrik sing muter ing tengah, mbentuk arus loop cilik, yaiku, “sirkulasi molekul”.

Miturut hukum sing arus listrik excites Medan Magnetik, circulation molekul iki bakal gawé jumlah fisik disebut Magnetik momen. Ukurane yaiku area sing dikubengi dening sirkulasi molekul sing dikaliake karo arus sing padha karo sirkulasi molekul, lan arahe ana ing hubungan spiral tangan tengen karo arah sirkulasi, yaiku.

Temenan, arah momen magnetik persis ing arah medan magnet sing dibentuk dening arus sirkulasi.

.

Ing kahanan normal, susunan sirkulasi molekul saka sawijining zat dadi kacau, mula zat kasebut ora magnetik, kaya sing dituduhake ing sisih kiwa gambar ing ngisor iki. Nalika ngalami medan magnet eksternal, sirkulasi molekul kasebut bakal disusun kanthi rapi. Kaya sing dituduhake ing sisih tengen gambar ing ngisor iki, momen magnetik disusun ing arah siji, kaya jarum magnetik cilik sing ora kaetung diklumpukake kanggo mbentuk medan magnet total, lan kabeh materi sing dumadi dadi magnet.

Upamane ana magnet silinder, sirkulasi molekuler njero disusun kanthi rapi, lan bagean-bagean saben sirkulasi molekul ing pinggir bagean magnet disambungake bebarengan kanggo mbentuk sirkulasi gedhe, kaya sing dituduhake ing gambar ing ngisor iki.

Adhedhasar iki, kita bisa mikir yen sembrani bar kaya solenoid energi. Ing tembung liya, ana arus sing ora katon ing permukaan magnet! Arus iki ora bisa disambungake lan digunakake. Iki diwatesi ing permukaan magnet. Kita nyebat “arus pengikat” utawa “arus magnetisasi”.

Mulane, arus magnetisasi minangka arus, amarga padha karo arus sing dibentuk kanthi gerakan muatan listrik sing nyata, sing bisa ngasilake medan magnet!

Let’s look at the displacement current again.

Miturut teorema daur ulang Ampere, integral saka kekuatan medan magnet ing jalur tertutup padha karo fluks Kapadhetan saiki ing sembarang lumahing sudhut mlengkung diwatesi dening path iki, sing, teorema iki disebut Stokes ‘teorema ing matématika. Iki ngandhani yen integral saka vektor ing sadawane dalan sing ditutup kudu padha karo fluks curl (kene) menyang permukaan apa wae sing diwatesi karo jalur tertutup.

Since it is a mathematical theorem, it must always be correct, because mathematics is a logical system based on axioms.

Mulane, Teorema Loop Ampere kudu tansah ditahan!

However, the talented Scottish physicist Maxwell discovered that when faced with an unstable current circuit, the Ampere loop theorem was contradictory.

Arus stabil sing khas dumadi nalika ngisi daya lan ngeculake kapasitor. Minangka ditampilake ing tokoh ing ngisor iki, ana saiki ora stabil sak wektu cendhak kapasitor daya.

Nanging sirkuit wis pedhot antarane piring kapasitor, kang bakal nimbulaké masalah serius.

Suppose we consider a closed path that bypasses the wire, as shown in the figure below, the circle marked by C, and the curved surface with it as the boundary can be arbitrarily selected. In the figure, the circular plane enclosed by C itself and across the capacitor are selected. The curved surface of the left plate.

Miturut lumahing bunder, bisa dideleng yen miturut permukaan sing mlengkung, nanging minangka integral daur ulang saka kekuatan medan magnet, nilai kasebut kudu ditemtokake!

Kepiye carane?

Maxwell percaya yen teorema loop Ampere kudu ditetepake. Saiki ana masalah, mesthine amarga bagean saka arus sing durung ditemokake dening kita sadurunge, nanging ana!

Dadi, kepiye carane ngerteni bagean saiki?

Wiwit masalah iku antarane piring, miwiti saka antarane piring.

Liwat analisis, Maxwell ketemu sing preduli saka ngisi utawa discharging, ana jumlah fisik antarane piring kapasitor ing kabeh wektu sing disinkronake karo gedhene lan arah saiki. Iki minangka turunan wektu saka fluks vektor pamindahan listrik, yaiku, ditetepake minangka arus pamindahan.

If it is considered that this part is the part of the current that has not been discovered before, then the complete current is now. That is to say, although the circuit between the plates is disconnected, the derivative of the electric displacement flux and the sum of the current together, as a whole , Ensure the continuity of the current at all times.

Mbalik maneh menyang kontradiksi sadurunge, saiki kita ngerti manawa, miturut syarat teorema Stokes, nalika ngitung fluks Kapadhetan saiki kanggo permukaan sing ditutup, kapadhetan arus pamindahan uga kudu dianggep, yaiku, daur ulang ampere lengkap. teorema mulane, Miturut “nemokake” komponen saiki anyar iki, krisis Teorema Loop Ampere ditanggulangi!

Alesan kenapa “introduksi” ora digunakake ing kene, nanging “penemuan” digunakake ing kene. Apa aku pengin nandheske sing jinis iki saiki ora kompensasi matematika, nanging bab nyata, nanging durung ditemokaké sadurunge.

Yagene iku ana ing Panggonan pisanan? Amarga tumindak minangka arus listrik, kaya arus konduksi, excites medan Magnetik padha, kajaba sing ora ana gerakan biaya listrik, ora kabel dibutuhake, lan ora panas Joule bisa kui, supaya wis digatèkaké!

But it actually exists by itself, just keep a low profile, it has been silently exciting the magnetic field there all the time!

Ing tembung liya, nalika kita ngadhepi medan magnet, definisi asli arus kasebut sempit banget. Inti saka arus listrik dudu obahe muatan listrik, mesthine ana sing bisa narik medan magnet.

Nganti saiki, sawetara wujud saiki wis dikenalake. Kabeh mau ana kanthi objektif, lan sing padha duwe umum yaiku kabeh arus bisa uga nyenengake medan magnet.