What is the electric current? First recall, what is the definition of current we have learned?

Quite simply, the directional movement of charged particles in a conductor is an electric current.

Ngan lamun zat boga muatan partikel nu bisa gerak kalawan bébas, éta bisa ngirimkeun arus listrik-nyaéta, ngalirkeun listrik. Partikel-partikel muatan ieu anu milu konduksi disebut pembawa. Pikeun logam, contona, ngan éléktron luar atom bisa meta salaku operator.

The “gerakan arah” dina harti arus listrik mindeng salah harti. Seueur jalma nganggap yén éta nujul kana gerakan kalayan arah anu tangtu, tangtos henteu! Naha arah gerak éléktron dina sirkuit AC henteu robah?

Kanyataanna, orienteering relatif ka “gerakan acak”!

Kusabab éléktron téh partikel mikroskopis, maranéhna kudu dina gerak termal sadaya waktu. Gerak termal nyaéta gerak acak, ditémbongkeun saperti dina gambar di handap ieu.

Gerakan ieu sabenerna gancang pisan. Contona, dina logam dina suhu kamar, laju gerak termal éléktronik dina urutan ratusan kilométer per detik!

Lamun ditilik taliti dina gerakan acak ieu, anjeun bakal manggihan yén arah gerak unggal partikel acak iraha wae. Upami anjeun tambahkeun vektor laju partikel ieu, hasilna ampir nol.

Ayeuna tambahkeun hiji médan listrik ka konduktor, sarta éléktron superimposes gerakan arah dina dasar gerakan acak. Anggap médan listrik aya ka kénca pikeun kurun waktu nu tangtu, gerak éléktron kasampak kawas kieu. Bola beureum ngagambarkeun atom logam dina kisi kristal, sarta titik-titik gerak gancang ngagambarkeun éléktron bébas.

Sigana gancang? Éta sabab gerakan éléktronik gancang pisan! Tapi dina kanyataanana, gerak acak, nu akun pikeun saimbang badag éta, teu nyumbang kana ayeuna. Nalika gerakan acak dileungitkeun, sésana sapertos katingal laun di handap.

Mémang, gerak arah éléktron jauh langkung laun tibatan laju gerak termal. Gerakan éléktron “ngagiling” ieu disebut drift, atawa “drift”. Sakapeung, éléktron bakal ngalir dina arah nu lalawanan alatan tabrakan jeung atom. Tapi sacara umum, éléktron gerak dina hiji arah.

Lamun médan listrik robah arah, arah drift éléktron ogé bakal robah.

Ku alatan éta, jenis gerakan arah ieu hartina jumlah tina speeds sadaya éléktron milu dina konduksi dina waktu nu tangtu teu nol, tapi umumna dina arah nu tangtu. Arah ieu tiasa dirobih iraha waé, sareng éta kasus arus bolak-balik.

Ku alatan éta, ayeuna lain “gerakan arah” muatan listrik tapi “gerakan koléktif” muatan listrik.

Gedéna arus dina konduktor dinyatakeun ku inténsitas ayeuna. Inténsitas ayeuna dihartikeun salaku jumlah listrik anu ngaliwatan penampang konduktor dina hijian waktu, nyaéta.

Kami geus diajar sababaraha kuantitas fisik anu ngandung kecap “inténsitas”, sapertos inténsitas médan listrik sareng inténsitas induksi magnét. Aranjeunna umumna ngagambarkeun alokasi per unit waktos, unit aréa (atawa unit volume, unit sudut padet). Sanajan kitu, kecap “inténsitas” dina inténsitas ayeuna teu ngagambarkeun apportionment wewengkon ayeuna.

Nyatana, kuantitas fisik anu sanés tanggung jawab pikeun distribusi arus ka daérah, nyaéta dénsitas ayeuna.

Kusabab hakekat arus listrik nyaéta gerakan arah muatan listrik, kedah aya hubungan anu tangtu antara inténsitas arus sareng laju drift!

Pikeun kéngingkeun hubungan ieu, urang kedah netelakeun heula konséntrasi pembawa konsép, nyaéta, jumlah pamawa dina volume unit, anu dinyatakeun ku .

Hal ieu dianggap yén bagian cross konduktor nyaeta, konsentrasi carrier nyaeta, laju drift nyaeta, sarta muatan muatan téh.

Lajeng muatan dina konduktor di sisi kénca beungeut téh, sarta biaya ieu bakal ngaliwatan beungeut dina kurun waktu nu tangtu, jadi

Ieu éksprési mikroskopis inténsitas ayeuna.

Dénsitas arus nyaéta panyebaran arus ka daérah, ku kituna gedéna dénsitas arus nyaéta, tapi dihartikeun salaku véktor, sareng arahna nyaéta arah véktor laju drift pembawa muatan positif, ku kituna drift éléktron dina logam tiasa didapet ti Speed ​​ieu, salaku conto di handap.

Mertimbangkeun kawat tambaga, asumsina unggal atom tambaga nyumbang éléktron salaku pamawa a. Aya 1 mol tambaga, volume na nyaeta, massa molar nyaeta, dénsitas nyaeta, lajeng konsentrasi carrier kawat tambaga nyaeta

Dimana konstanta Avogadro. Kapadetan tambaga kapanggih, sarta nilai diala ku substitusi ngeunaan unit / méter kubik.

Anggap radius kawat tambaga nyaéta 0.8mm, arus anu ngalir nyaéta 15A, = 1.6 C, sareng laju drift éléktron diitung salaku

Ieu bisa ditempo yén laju drift éléktron memang leutik pisan.

Pikeun anu diajar sirkuit, di luhur mangrupikeun definisi lengkep arus.

Tapi dina fisika, definisi ayeuna di luhur sabenerna ngan definisi sempit. Arus anu langkung umum henteu dugi ka konduktor, salami gerakan muatan listrik nyaéta arus. Contona, nalika éléktron atom hidrogén ngalir sabudeureun inti, hiji arus listrik kabentuk dina orbit na.

Anggap jumlah muatan éléktronik jeung période gerakna. Lajeng unggal waktos eta elapses, aya sapertos jumlah badag muatan ngaliwatan sagala bagian cross tina loop, jadi inténsitas ayeuna dumasar kana hubungan antara période, frékuénsi sarta laju sudut, sarta ayeuna ogé bisa dikedalkeun salaku

Pikeun conto sejen, hiji piringan logam boga muatan, puteran sabudeureun sumbu na, ogé ngabentuk arus loop kalawan radii béda.

Arus jenis ieu sanés arus konduksi normal sareng teu tiasa ngahasilkeun panas Joule! Teu bisa ngabentuk sirkuit nyata.

Upami teu kitu, anjeun bakal masihan kuring itungan sabaraha panas joule dihasilkeun per detik ku éléktron tina atom hidrogén?

Kanyataanna, arus dina vakum teu nyugemakeun hukum Ohm urang. Kusabab, pikeun arus listrik dibentuk ku gerakan partikel muatan dina vakum, pamawa teu collided sarupa kisi dina logam, jadi vakum teu boga lalawanan jeung euweuh conductance.

Gerakan muatan listrik ngahasilkeun arus listrik, sarta muatan listrik sorangan ngagumbirakeun médan listrik. Ieu gampang ngabalukarkeun salah paham. Seueur jalma anu nyangka yén médan listrik partikel anu dieusi anu ngabentuk arus listrik kedah kakeunaan. Tapi kanyataanna, pikeun arus konduksi dina konduktor umum, operator ngalir dina latar tukang diwangun ku sajumlah badag ion logam boga muatan positif, sarta konduktor sorangan nétral!

Urang mindeng nelepon jenis ieu arus husus “arus sarimbag”. Sarua di dieu ngandung harti yén éta ngahasilkeun médan magnét dina dasar anu sami sareng arus konduksi biasa!

Panginget: Entong bingung “arus sarimbag” di dieu sareng “sirkuit sarimbag” dina analisis sirkuit

Nyatana, nalika urang mimiti diajar médan magnét, arus listrik dina hukum Biot-Saffar nyaéta arus listrik umum anu ngandung arus anu sami. Tangtosna, arus konduksi dina persamaan Maxwell ogé nujul kana arus umum.

Jalma anu geus diajar pangaruh photoelectric nyaho yén nalika photoéléktron drifts ti katoda ka anoda, lamun pangaruh hawa teu dipalire, arus ieu disababkeun ku gerakan muatan listrik dina vakum, sarta euweuh résistansi, jadi eta. henteu dibatesan ku hukum Ohm.

Janten, naha ieu hiji-hijina hal ngeunaan arus listrik dina fisika?

Henteu! Aya ogé dua jenis, nyaéta arus magnetizing jeung arus pamindahan.

Éta ogé dua arus anu sami, anu, sakumaha nami nunjukkeun, ogé diwanohkeun pikeun ngajelaskeun magnetisme. Dina basa sejen, aranjeunna geus megatkeun jauh ti ciri dasar tina “gerakan muatan” ayeuna!

Éta endah pisan! Henteu aya gerakan muatan listrik, naha éta tiasa disebat arus listrik?

Entong hariwang, teras dengekeun kuring lalaunan.

Hayu urang nempo arus magnetizing munggaran.

Ieu kapanggih yén magnétisme disababkeun ku gerak listrik (teu tempo katerangan magnétisme ku sipat intrinsik spin pikeun waktos ayeuna). Pikeun ngajelaskeun magnetisme alam, fisikawan Perancis Ampere ngajukeun hipotésis ngeunaan “sirkulasi molekular”.

As shown in the figure below, any atom or molecule can be regarded as having an electric charge rotating around the center, forming a tiny loop current, that is, “molecular circulation”.

Numutkeun hukum yén arus listrik ngagumbirakeun médan magnét, sirkulasi molekular ieu bakal ngahasilkeun kuantitas fisik anu disebut momen magnét. Ukuranna nyaéta daérah anu dikurilingan ku sirkulasi molekul dikalikeun ku arus anu sami tina sirkulasi molekular, sareng arahna aya dina hubungan spiral beulah katuhu sareng arah sirkulasi, nyaéta.

Jelas, arah momen magnét persis sapanjang arah médan magnét dibentuk ku arus sirkulasi.

.

Dina kaayaan normal, susunan sirkulasi molekul hiji zat kacau, jadi zat teu magnét, sakumaha ditémbongkeun di sisi kénca gambar di handap. Nalika kakeunaan médan magnét luar, sirkulasi molekular ieu bakal disusun sacara rapih. Ditémbongkeun saperti dina sisi katuhu gambar di handap, moments magnét maranéhanana disusun dina hiji arah saloba mungkin, kawas jarum magnét leutik countless dikumpulkeun babarengan pikeun ngabentuk médan magnét total, sarta sakabeh bahan diwangun ku aranjeunna janten magnét.

Anggap aya magnet cylindrical, sirkulasi molekular jero disusun rapih, sarta bagian unggal sirkulasi molekular di ujung bagian magnet disambungkeun babarengan pikeun ngabentuk sirkulasi badag, ditémbongkeun saperti dina gambar di handap.

Dumasar ieu, urang tiasa nganggap yén magnet bar sapertos solenoid anu berenergi. Dina basa sejen, aya arus halimunan entangled dina beungeut magnet! Arus jenis ieu teu tiasa dihubungkeun sareng dianggo. Ieu dipasrahkeun kana beungeut magnet. Urang sebut wae “arus mengikat” atawa “arus magnetizing”.

Ku alatan éta, arus magnetizing mangrupakeun arus, sabab sarua jeung arus dibentuk ku gerakan muatan listrik nyata, nu equivalently bisa ngahasilkeun médan magnét!

Hayu urang tingali deui arus pamindahan.

Numutkeun téoréma loop Ampere, integral tina kakuatan médan magnét dina jalur katutup sarua jeung fluks dénsitas ayeuna dina sagala permukaan melengkung bounded ku jalur ieu, nyaeta, teorema ieu disebut teorema Stokes dina matematika. Éta nyarioskeun ka urang yén integral tina véktor sapanjang jalur katutup kedah sami sareng fluks curl na (di dieu) ka permukaan anu diwatesan ku jalur katutup.

Kusabab éta téoréma matematik, éta kedah salawasna leres, sabab matematika mangrupikeun sistem logis dumasar kana aksioma.

Ku alatan éta, Teorema Loop Ampere kudu salawasna tahan!

Tapi, fisikawan Skotlandia anu berbakat Maxwell manggihan yén nalika nyanghareupan sirkuit arus anu teu stabil, teorema loop Ampere kontradiktif.

Arus teu stabil has lumangsung salila ngecas na discharging tina kapasitor. Ditémbongkeun saperti dina gambar di handap, aya arus teu stabil salila periode pondok ngecas kapasitor.

Tapi sirkuit dipegatkeun antara pelat kapasitor, anu bakal ngabalukarkeun masalah serius.

Anggap urang tempo jalur katutup nu bypasses kawat, ditémbongkeun saperti dina gambar di handap ieu, bunderan ditandaan ku C, sarta beungeut melengkung jeung eta salaku wates bisa wenang dipilih. Dina gambar, pesawat sirkular enclosed ku C sorangan jeung sakuliah kapasitor dipilih. Beungeut melengkung tina piring kénca.

According to the circular surface, it can be seen that according to the curved surface, but as a loop integral of the magnetic field strength, its value should be determined!

Kumaha atuh?

Maxwell percaya yén téoréma loop Ampere kedah ditetepkeun. Ayeuna aya masalah, éta pasti sabab sabagian tina arus teu acan kapanggih ku urang sateuacanna, tapi aya!

Janten, kumaha carana terang ieu bagian tina arus?

Kusabab masalahna antara piring, mimitian ti antara piring.

Ngaliwatan analisis, Maxwell manggihan yén paduli ngecas atawa discharging, aya kuantitas fisik antara pelat kapasitor sepanjang waktos anu nyingkronkeun jeung gedena jeung arah arus. Ieu mangrupikeun turunan waktos tina fluks vektor pamindahan listrik, nyaéta, éta dihartikeun salaku arus pamindahan.

Upami dianggap bagian ieu mangrupikeun bagian tina arus anu teu acan kapendak sateuacana, maka arus lengkep ayeuna. Maksudna, sanajan sirkuit antara pelat geus dipegatkeun, turunan tina fluks kapindahan listrik jeung jumlah arus babarengan, sakabéhna , Mastikeun continuity tina arus sepanjang waktos.

Balik deui ka kontradiksi saméméhna, urang ayeuna terang yen, nurutkeun sarat tina téoréma Stokes ‘, nalika ngitung fluks dénsitas arus pikeun permukaan katutup, dénsitas arus kapindahan ogé kudu dianggap, nyaeta, loop ampere lengkep. kituna teorema, Ku “manggihan” komponén ayeuna anyar ieu, krisis Teorema Citakan: Loop Ampere direngsekeun!

Alesan kunaon “perkenalan” henteu dianggo di dieu, tapi “penemuan” dianggo di dieu. Naon Abdi hoyong ngantebkeun éta jenis ieu ayeuna sanes a santunan matematik, tapi hiji hal nyata, tapi teu acan kapanggih sateuacan.

Naha éta aya di tempat munggaran? Kusabab eta tindakan minangka hiji arus listrik, kawas arus konduksi, éta excites médan magnét equivalently, iwal teu aya gerak muatan listrik, euweuh kawat diperlukeun, tur euweuh panas Joule bisa dihasilkeun, ku kituna geus teu dipalire!

Tapi sabenerna aya ku sorangan, ngan tetep profil low, geus cicingeun seru médan magnét aya sadaya waktu!

Dina basa sejen, nalika urang nyanghareupan médan magnét, harti aslina tina arus teuing sempit. Intina arus listrik lain gerak muatan listrik, kuduna mangrupa hal anu bisa ngagumbirakeun hiji médan magnét.

Sajauh ieu, sababaraha bentuk arus parantos diwanohkeun. Éta sadayana aya sacara obyektif, sareng naon anu aranjeunna umumna nyaéta yén sadaya arus tiasa ngagumbirakeun médan magnét anu sami.