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

చాలా సరళంగా, కండక్టర్‌లోని చార్జ్డ్ కణాల దిశాత్మక కదలిక విద్యుత్ ప్రవాహం.

ఒక పదార్ధం స్వేచ్ఛగా కదలగల కణాలను చార్జ్ చేసినప్పుడు మాత్రమే, అది విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని ప్రసారం చేయగలదు-అంటే విద్యుత్తును ప్రసారం చేస్తుంది. ప్రసరణలో పాల్గొనే ఈ చార్జ్డ్ కణాలను క్యారియర్లు అంటారు. లోహాలకు, ఉదాహరణకు, పరమాణువుల బాహ్య ఎలక్ట్రాన్లు మాత్రమే వాహకాలుగా పనిచేస్తాయి.

The “directional movement” in the definition of electric current is often misunderstood. Many people think it refers to movement with a certain direction, of course not! Doesn’t the direction of movement of the electrons in the AC circuit change?

నిజానికి, ఓరియంటెరింగ్ అనేది “యాదృచ్ఛిక కదలిక”కి సంబంధించింది!

ఎలక్ట్రాన్లు మైక్రోస్కోపిక్ కణాలు కాబట్టి, అవి అన్ని సమయాలలో ఉష్ణ కదలికలో ఉండాలి. దిగువ చిత్రంలో చూపిన విధంగా ఉష్ణ చలనం యాదృచ్ఛిక చలనం.

ఈ ఉద్యమం నిజానికి చాలా వేగంగా ఉంటుంది. ఉదాహరణకు, గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద లోహాలలో, ఎలక్ట్రానిక్ థర్మల్ కదలిక వేగం సెకనుకు వందల కిలోమీటర్ల క్రమంలో ఉంటుంది!

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.

ఇప్పుడు కండక్టర్‌కు విద్యుత్ క్షేత్రాన్ని జోడించండి మరియు ఎలక్ట్రాన్ యాదృచ్ఛిక కదలిక ఆధారంగా డైరెక్షనల్ కదలికను సూపర్‌మోస్ చేస్తుంది. ఎలెక్ట్రిక్ ఫీల్డ్ కొంత సమయం వరకు ఎడమ వైపున ఉందని ఊహిస్తే, ఎలక్ట్రాన్ల కదలిక క్రింది విధంగా కనిపిస్తుంది. ఎర్రటి బంతులు క్రిస్టల్ లాటిస్‌పై మెటల్ అణువులను సూచిస్తాయి మరియు వేగంగా కదిలే చుక్కలు ఉచిత ఎలక్ట్రాన్‌లను సూచిస్తాయి.

Does it look fast? That’s because electronic movement is really fast! But in fact, the random motion, which accounts for a large proportion of it, does not contribute to the current. When the random motion is eliminated, the rest is just like the slow look below.

నిజానికి, ఎలక్ట్రాన్ల దిశాత్మక కదలిక థర్మల్ కదలిక వేగం కంటే చాలా నెమ్మదిగా ఉంటుంది. ఎలక్ట్రాన్ల యొక్క ఈ “గ్రౌండింగ్” కదలికను డ్రిఫ్ట్ లేదా “డ్రిఫ్ట్” అంటారు. కొన్నిసార్లు, పరమాణువులతో ఢీకొనడం వల్ల ఎలక్ట్రాన్లు వ్యతిరేక దిశలో నడుస్తాయి. కానీ సాధారణంగా, ఎలక్ట్రాన్లు ఒక దిశలో కదులుతాయి.

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

Therefore, this kind of directional movement means that the sum of the speeds of all the electrons participating in the conduction at a certain time is not zero, but is generally in a certain direction. This direction can be changed at any time, and that is the case of alternating current.

అందువల్ల, కరెంట్ అనేది ఎలెక్ట్రిక్ చార్జ్ యొక్క “డైరెక్షనల్ మూమెంట్” కాదు, ఇది ఎలెక్ట్రిక్ చార్జ్ యొక్క “సామూహిక కదలిక”.

కండక్టర్‌లోని కరెంట్ యొక్క పరిమాణం ప్రస్తుత తీవ్రత ద్వారా వ్యక్తీకరించబడుతుంది. ప్రస్తుత తీవ్రత అనేది ఒక యూనిట్ సమయంలో కండక్టర్ యొక్క క్రాస్-సెక్షన్ గుండా వెళుతున్న విద్యుత్ మొత్తంగా నిర్వచించబడింది, అవి

We have learned some physical quantities that contain the word “intensity”, such as electric field intensity and magnetic induction intensity. They generally represent the apportionment per unit time, unit area (or unit volume, unit solid angle). However, the word “intensity” in the current intensity does not reflect the current apportionment of the area.

వాస్తవానికి, మరొక భౌతిక పరిమాణం ప్రాంతానికి ప్రస్తుత పంపిణీకి బాధ్యత వహిస్తుంది, ఇది ప్రస్తుత సాంద్రత.

ఎలెక్ట్రిక్ కరెంట్ యొక్క సారాంశం ఎలెక్ట్రిక్ చార్జ్ యొక్క డైరెక్షనల్ కదలిక కాబట్టి, ప్రస్తుత తీవ్రత మరియు డ్రిఫ్ట్ వేగం మధ్య ఒక నిర్దిష్ట సంబంధం ఉండాలి!

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 .

కండక్టర్ క్రాస్ సెక్షన్, క్యారియర్ ఏకాగ్రత, డ్రిఫ్ట్ వేగం మరియు చార్జ్డ్ ఛార్జ్ అని భావించబడుతుంది.

Then the charge in the conductor on the left side of the surface is, and these charges will pass through the surface within a certain period of time, so

This is a microscopic expression of current intensity.

Current density is the apportionment of current to area, so the magnitude of current density is, but it is defined as a vector, and the direction is the direction of the drift velocity vector of the positively charged carriers, so the drift of electrons in the metal can be obtained from this Speed, as an example below.

ప్రతి రాగి పరమాణువు ఒక ఎలక్ట్రాన్‌ను క్యారియర్‌గా దోహదపడుతుందని భావించి, ఒక రాగి తీగను పరిగణించండి. 1 మోల్ రాగి ఉంది, దాని వాల్యూమ్, మోలార్ ద్రవ్యరాశి, సాంద్రత, అప్పుడు రాగి తీగ యొక్క క్యారియర్ ఏకాగ్రత

Where is Avogadro’s constant. The density of copper is found, and the value obtained by substituting is about unit/cubic meter.

Assuming that the radius of the copper wire is 0.8mm, the current flowing is 15A, =1.6 C, and the drift velocity of electrons is calculated as

ఎలక్ట్రాన్ల డ్రిఫ్ట్ వేగం నిజానికి చాలా చిన్నదని గమనించవచ్చు.

సర్క్యూట్లను అధ్యయనం చేసే వారికి, పైన పేర్కొన్నది కరెంట్ యొక్క పూర్తి నిర్వచనం.

But in physics, the above definition of current is actually only a narrow definition. More general currents are not limited to conductors, as long as the movement of electric charges is current. For example, when the electrons of a hydrogen atom move around the nucleus, an electric current is formed in its orbit.

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

మరొక ఉదాహరణ కోసం, చార్జ్ చేయబడిన మెటల్ డిస్క్, దాని అక్షం చుట్టూ తిరుగుతూ, వివిధ రేడియాలతో లూప్ కరెంట్లను కూడా ఏర్పరుస్తుంది.

ఈ రకమైన కరెంట్ సాధారణ వాహక కరెంట్ కాదు మరియు జూల్ వేడిని ఉత్పత్తి చేయదు! నిజమైన సర్క్యూట్‌ను రూపొందించడం సాధ్యం కాదు.

లేకుంటే, హైడ్రోజన్ పరమాణువు యొక్క ఎలక్ట్రాన్ల ద్వారా సెకనుకు ఎంత జూల్ వేడిని ఉత్పత్తి చేస్తారో మీరు నాకు లెక్క ఇస్తారా?

నిజానికి, వాక్యూమ్‌లోని కరెంట్ ఓం నియమాన్ని సంతృప్తిపరచదు. ఎందుకంటే, శూన్యంలో చార్జ్ చేయబడిన కణాల కదలిక ద్వారా ఏర్పడిన విద్యుత్ ప్రవాహానికి, వాహకాలు లోహంలోని లాటిస్ మాదిరిగా ఢీకొనవు, కాబట్టి వాక్యూమ్‌కు నిరోధకత మరియు వాహకత ఉండదు.

ఎలెక్ట్రిక్ ఛార్జీల కదలిక విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది మరియు విద్యుత్ ఛార్జ్ స్వయంగా విద్యుత్ క్షేత్రాన్ని ఉత్తేజపరుస్తుంది. ఇది అపార్థాన్ని కలిగించడం సులభం. అందువల్ల చాలా మంది ప్రజలు విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని ఏర్పరిచే చార్జ్డ్ కణాల యొక్క విద్యుత్ క్షేత్రాన్ని బహిర్గతం చేయాలని భావిస్తారు. కానీ నిజానికి, ఒక సాధారణ కండక్టర్‌లోని కండక్షన్ కరెంట్ కోసం, క్యారియర్లు పెద్ద సంఖ్యలో సానుకూలంగా చార్జ్ చేయబడిన లోహ అయాన్లతో కూడిన నేపథ్యంలో ప్రవహిస్తాయి మరియు కండక్టర్ కూడా తటస్థంగా ఉంటుంది!

మేము తరచుగా ఈ రకమైన ప్రత్యేక కరెంట్‌ని “సమానమైన కరెంట్” అని పిలుస్తాము. ఇక్కడ సమానమైనది అంటే ఇది సాధారణ వాహక కరెంట్ వలె అదే ప్రాతిపదికన అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది!

రిమైండర్: ఇక్కడ “సమానమైన కరెంట్”ని సర్క్యూట్ విశ్లేషణలో “సమానమైన సర్క్యూట్”తో కంగారు పెట్టవద్దు

వాస్తవానికి, మేము మొదట అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని అధ్యయనం చేసినప్పుడు, బయోట్-సాఫర్ చట్టంలోని విద్యుత్ ప్రవాహం ఈ సమానమైన విద్యుత్తును కలిగి ఉన్న సాధారణ విద్యుత్ ప్రవాహం. వాస్తవానికి, మాక్స్‌వెల్ సమీకరణాల్లోని ప్రసరణ కరెంట్ సాధారణీకరించిన ప్రవాహాన్ని కూడా సూచిస్తుంది.

ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ ప్రభావాన్ని అధ్యయనం చేసిన వారికి తెలుసు, ఫోటోఎలెక్ట్రాన్ కాథోడ్ నుండి యానోడ్‌కు డ్రిఫ్ట్ అయినప్పుడు, గాలి ప్రభావాన్ని విస్మరిస్తే, శూన్యంలో విద్యుత్ చార్జీల కదలిక వల్ల ఈ కరెంట్ ఏర్పడుతుంది మరియు ఎటువంటి నిరోధకత ఉండదు, కాబట్టి ఇది ఓం యొక్క చట్టం ద్వారా పరిమితం చేయబడలేదు.

So, is this the only thing about electric current in physics?

No! There are also two types, namely magnetizing current and displacement current.

అవి కూడా రెండు సమానమైన ప్రవాహాలు, ఇవి పేరు సూచించినట్లుగా, అయస్కాంతత్వాన్ని వివరించడానికి కూడా పరిచయం చేయబడ్డాయి. మరో మాటలో చెప్పాలంటే, వారు ప్రస్తుత “ఛార్జ్ ఉద్యమం” యొక్క ప్రాథమిక లక్షణం నుండి విడిపోయారు!

That’s amazing! There is no electric charge movement, so why can it be called an electric current?

చింతించకండి మరియు నెమ్మదిగా నా మాట వినండి.

ముందుగా అయస్కాంతీకరణ ప్రవాహాన్ని చూద్దాం.

విద్యుత్ కదలిక వల్ల అయస్కాంతత్వం ఏర్పడుతుందని కనుగొనబడింది (ప్రస్తుతానికి స్పిన్ యొక్క అంతర్గత లక్షణాల ద్వారా అయస్కాంతత్వం యొక్క వివరణను పరిగణనలోకి తీసుకోలేదు). సహజ అయస్కాంతత్వాన్ని వివరించడానికి, ఫ్రెంచ్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త ఆంపియర్ “మాలిక్యులర్ సర్క్యులేషన్” యొక్క పరికల్పనను ముందుకు తెచ్చారు.

దిగువ చిత్రంలో చూపిన విధంగా, ఏదైనా పరమాణువు లేదా పరమాణువు కేంద్రం చుట్టూ తిరిగే విద్యుత్ చార్జ్‌గా పరిగణించబడుతుంది, ఇది ఒక చిన్న లూప్ కరెంట్‌ను ఏర్పరుస్తుంది, అంటే “మాలిక్యులర్ సర్క్యులేషన్”.

విద్యుత్ ప్రవాహం అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని ఉత్తేజపరిచే చట్టం ప్రకారం, ఈ పరమాణు ప్రసరణ అయస్కాంత క్షణం అనే భౌతిక పరిమాణాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది. దీని పరిమాణం పరమాణు ప్రసరణతో చుట్టబడిన ప్రాంతం, పరమాణు ప్రసరణ యొక్క సమానమైన ప్రవాహంతో గుణించబడుతుంది మరియు దాని దిశ ప్రసరణ దిశతో కుడిచేతి మురి సంబంధంలో ఉంటుంది, అవి

సహజంగానే, అయస్కాంత క్షణం యొక్క దిశ సరిగ్గా ప్రసరించే ప్రవాహం ద్వారా ఏర్పడిన అయస్కాంత క్షేత్రం యొక్క దిశలో ఉంటుంది.

.

సాధారణ పరిస్థితులలో, ఒక పదార్ధం యొక్క పరమాణు ప్రసరణ యొక్క అమరిక అస్తవ్యస్తంగా ఉంటుంది, కాబట్టి పదార్ధం అయస్కాంతం కాదు, క్రింద ఉన్న బొమ్మ యొక్క ఎడమ వైపున చూపబడింది. బాహ్య అయస్కాంత క్షేత్రానికి గురైనప్పుడు, ఈ పరమాణు ప్రసరణలు సుమారుగా చక్కగా అమర్చబడతాయి. దిగువ బొమ్మ యొక్క కుడి వైపున చూపిన విధంగా, వాటి అయస్కాంత కదలికలు సాధ్యమైనంతవరకు ఒక దిశలో అమర్చబడి ఉంటాయి, లెక్కలేనన్ని చిన్న అయస్కాంత సూదులు కలిసి మొత్తం అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని ఏర్పరుస్తాయి మరియు వాటితో కూడిన మొత్తం పదార్థం అయస్కాంతంగా మారుతుంది.

Suppose there is a cylindrical magnet, the inner molecular circulation is neatly arranged, and the sections of each molecular circulation at the edge of the magnet section are connected together to form a large circulation, as shown in the figure below.

దీని ఆధారంగా, బార్ అయస్కాంతం శక్తితో కూడిన సోలనోయిడ్ లాంటిదని మనం అనుకోవచ్చు. మరో మాటలో చెప్పాలంటే, అయస్కాంతం యొక్క ఉపరితలంపై చిక్కుకున్న అదృశ్య ప్రవాహం ఉంది! ఈ రకమైన కరెంట్ కనెక్ట్ చేయబడదు మరియు ఉపయోగించబడదు. ఇది అయస్కాంతం యొక్క ఉపరితలంపై పరిమితం చేయబడింది. మేము దానిని “బైండింగ్ కరెంట్” లేదా “మాగ్నెటైజింగ్ కరెంట్” అని పిలుస్తాము.

కాబట్టి, మాగ్నెటైజింగ్ కరెంట్ అనేది ఒక కరెంట్, ఎందుకంటే ఇది నిజమైన విద్యుత్ ఛార్జీల కదలిక ద్వారా ఏర్పడే కరెంట్‌తో సమానంగా ఉంటుంది, ఇది అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని సమానంగా ఉత్పత్తి చేయగలదు!

స్థానభ్రంశం ప్రవాహాన్ని మళ్లీ చూద్దాం.

ఆంపియర్ యొక్క లూప్ సిద్ధాంతం ప్రకారం, క్లోజ్డ్ పాత్‌లోని అయస్కాంత క్షేత్ర బలం యొక్క సమగ్రత ఈ మార్గం ద్వారా సరిహద్దులుగా ఉన్న ఏదైనా వక్ర ఉపరితలంపై ప్రస్తుత సాంద్రత యొక్క ఫ్లక్స్‌కు సమానం, అంటే ఈ సిద్ధాంతాన్ని గణితశాస్త్రంలో స్టోక్స్ సిద్ధాంతం అంటారు. ఏదైనా సంవృత మార్గంలో వెక్టార్ యొక్క సమగ్రత దాని కర్ల్ యొక్క ఫ్లక్స్ (ఇక్కడ) క్లోజ్డ్ పాత్ ద్వారా సరిహద్దులుగా ఉన్న ఏదైనా ఉపరితలంతో సమానంగా ఉండాలి అని ఇది మాకు చెబుతుంది.

ఇది గణిత సిద్ధాంతం కాబట్టి, ఇది ఎల్లప్పుడూ సరైనదిగా ఉండాలి, ఎందుకంటే గణితం అనేది సిద్ధాంతాలపై ఆధారపడిన తార్కిక వ్యవస్థ.

అందువల్ల, ఆంపియర్ లూప్ సిద్ధాంతం ఎల్లప్పుడూ కలిగి ఉండాలి!

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

కెపాసిటర్ యొక్క ఛార్జింగ్ మరియు డిశ్చార్జింగ్ సమయంలో సాధారణ అస్థిర ప్రవాహం సంభవిస్తుంది. దిగువ చిత్రంలో చూపిన విధంగా, కెపాసిటర్ ఛార్జింగ్ యొక్క స్వల్ప వ్యవధిలో అస్థిర విద్యుత్తు ఉంది.

కానీ కెపాసిటర్ ప్లేట్ల మధ్య సర్క్యూట్ డిస్‌కనెక్ట్ చేయబడింది, ఇది తీవ్రమైన సమస్యను కలిగిస్తుంది.

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.

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!

ఎలా చెయ్యాలి?

ఆంపియర్ యొక్క లూప్ సిద్ధాంతాన్ని తప్పనిసరిగా స్థాపించాలని మాక్స్వెల్ విశ్వసించాడు. ఇప్పుడు ఒక సమస్య ఉంది, దానికి కారణం కరెంట్‌లో కొంత భాగాన్ని మనం ఇంతకు ముందు కనుగొనలేదు, కానీ అది ఉనికిలో ఉంది!

కాబట్టి, కరెంట్ యొక్క ఈ భాగాన్ని ఎలా కనుగొనాలి?

సమస్య ప్లేట్ల మధ్య ఉన్నందున, ప్లేట్ల మధ్య నుండి ప్రారంభించండి.

విశ్లేషణ ద్వారా, మాక్స్‌వెల్ ఛార్జింగ్ లేదా డిశ్చార్జింగ్‌తో సంబంధం లేకుండా, కెపాసిటర్ ప్లేట్ల మధ్య అన్ని సమయాల్లో భౌతిక పరిమాణం ఉంటుంది, అది కరెంట్ యొక్క పరిమాణం మరియు దిశతో సమకాలీకరించబడుతుంది. ఇది ఎలక్ట్రిక్ డిస్ప్లేస్‌మెంట్ వెక్టర్ యొక్క ఫ్లక్స్ యొక్క సమయ ఉత్పన్నం, అంటే, ఇది డిస్ప్లేస్‌మెంట్ కరెంట్‌గా నిర్వచించబడింది.

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.

మునుపటి వైరుధ్యానికి తిరిగి వెళితే, స్టోక్స్ సిద్ధాంతం యొక్క అవసరాలకు అనుగుణంగా, ఒక క్లోజ్డ్ ఉపరితలం కోసం ప్రస్తుత సాంద్రత యొక్క ఫ్లక్స్‌ను లెక్కించేటప్పుడు, డిస్ప్లేస్‌మెంట్ కరెంట్ యొక్క సాంద్రతను కూడా పరిగణించాలి, అంటే పూర్తి ఆంపియర్ లూప్ సిద్ధాంతం కాబట్టి, ఈ కొత్త ప్రస్తుత భాగాన్ని “కనుగొనడం” ద్వారా, ఆంపియర్ లూప్ సిద్ధాంతం యొక్క సంక్షోభం పరిష్కరించబడుతుంది!

The reason why “introduction” is not used here, but “discovery” is used here. What I want to emphasize is that this kind of current is not a mathematical compensation, but a real thing, but it has not been discovered before.

Why does it exist in the first place? Because it acts as an electric current, like a conduction current, it excites a magnetic field equivalently, except that there is no movement of electric charges, no wire is required, and no Joule heat can be generated, so it has been ignored!

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

మరో మాటలో చెప్పాలంటే, మనం అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని ఎదుర్కొన్నప్పుడు, కరెంట్ యొక్క అసలు నిర్వచనం చాలా ఇరుకైనది. ఎలెక్ట్రిక్ కరెంట్ యొక్క సారాంశం ఎలెక్ట్రిక్ చార్జ్ యొక్క కదలిక కాదు, అది అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని ఉత్తేజపరిచే విధంగా ఉండాలి.

ఇప్పటివరకు, కరెంట్ యొక్క అనేక రూపాలు ప్రవేశపెట్టబడ్డాయి. అవన్నీ నిష్పాక్షికంగా ఉన్నాయి మరియు వాటికి ఉమ్మడిగా ఉన్నది ఏమిటంటే, అన్ని ప్రవాహాలు అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని సమానంగా ఉత్తేజపరుస్తాయి.