Sfera-perm.ru

Сфера Пермь
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Плотность тока через тепло

Плотность тока проводимости, смещения, насыщения: определение и формулы

В данной статье мы рассмотрим плотность тока и формулы для нахождения различных видов плотности тока: проводимости, смещения, насыщения.

Плотность тока – это векторная физическая величина, характеризующая насколько плотно друг к другу располагаются электрические заряды.

  • Плотность тока проводимости
  • Плотность тока смещения
  • Плотность тока насыщения

Плотность тока проводимости

Ток проводимости – это упорядоченное движение электрических зарядов, то есть обыкновенный электрический ток, который возникает в проводнике. В большинстве случаев, когда речь заходит о токе, имеют ввиду именно ток проводимости.

В данном случае плотность тока – это векторная характеристика тока равная отношению силы тока I в проводнике к площади S поперечного сечения проводника (перпендикулярному по отношению к направлению тока). Эта величина показывает насколько плотно заряды располагаются на всей площади поперечного сечения проводника. Она обозначается латинской буквой j. Модуль плотности электрического тока пропорционален электрическому заряду, который протекает за определенное время через определенную площадь сечения, расположенную перпендикулярно по отношению к его направлению.

Если рассмотреть идеализированной проводник, в котором электрический ток равномерно распределен по всему сечению проводника, то модуль плотности тока проводимости можно вычислить по следующей формуле:

j – Плотность тока [A/м 2 ]

I – Сила тока [A]

S – Площадь поперечного сечения проводника [м 2 ]

Исходя из этого мы можем представить силу тока I как поток вектора плотности тока j, проходящий через поперечное сечение проводникаS. То есть для вычисления силы тока, текущей через определенное поперечное сечение нужно проинтегрировать (сложить) произведения плотности тока в каждой точке проводника jn на площадь поверхности этой точки dS:

I – сила тока [А]

jn — составляющая вектора плотности тока в направлении течения тока (по оси OX) [A/м 2 ]

dS — элемент поверхности площади [м 2 ]

Исходя из предположения, что все заряженные частицы двигаются с одинаковым вектором скорости v, имеют одинаковые по величине заряды e и их концентрация n в каждой точке одинаковая, получаем, что плотность тока проводимости j равна:

j – плотность тока [А/м 2 ]

n – концентрация зарядов [м -3 ]

e – величина заряда [Кл]

v – скорость, с которой движутся частицы [м/с]

Плотность тока смещения

В классической электродинамике существует понятие тока смещения, который пропорционально равен быстроте изменения индукции электрического поля. Он не связан с перемещением каких-либо частиц поэтому, по сути, не является электрическим током. Несмотря на то, что природа этих токов разная, единица измерения плотности у них одинаковая — A/м 2 .

Читайте так же:
Количество теплоты электрического тока прибор для измерения

Ток смещения – это поток вектора быстроты изменения электрического поля ∂E/∂t через S — некоторую поверхность. Формула тока смещения выглядит так:

JD — ток смещения [А]

ε – электрическая постоянная, равная 8,85·10 -12 Кл 2 /(H·м 2 )

∂E/∂t — скорость изменения электрического поля [Н/(Кл·с)]

ds – площадь поверхности [м 2 ]

Плотность тока смещения определяется по следующей формуле:

jD — ток смещения [А/м 2 ]

ε – электрическая постоянная, равная 8,85·10 -12 Кл 2 /(H·м 2 )

∂E/∂t — скорость изменения электрического поля [Н/(Кл·с)]

∂D/∂t — скорость изменения вектора эл. индукции [Кл/м 2 ·с)]

Плотность тока насыщения

В физической электронике используют понятие плотности тока насыщения. Эта величина характеризует эмиссионную способность металла, из которого сделан катод, и зависит от его вида и температуры.

Плотность тока насыщения выражается формулой, которая была выведена на основе квантовой статистики Ричардсоном и Дешманом:

j – плотность тока насыщения[А/м 2 ]

R — среднее значение коэффициента отражения электронов от потенциального барьера

A — термоэлектрическая постоянная со значением 120,4 А/(K 2 ·см 2 )

T— температура [К]

— значение работы выхода из катода электронов [эВ], q – электронный заряд [Кл]

k — постоянная Больцмана, которая равна 1,38·10 -23 Дж/К

Понравилась статья, расскажите о ней друзьям:

Электрический ток, сила и плотность тока

В электродинамике— разделе учения об электричестве, в котором рассматриваются явления и процессы, обусловленные движением электрических зарядов или макроскопических заряженных тел, важнейшим понятием является понятие элек­трического тока. Электрическим токомназывается любое упорядоченное (направленное) движение электрических зарядов. В проводнике под действием приложенно­го электрического поля Ε свободные элек­трические заряды перемещаются: поло­жительные — по полю, отрицательные — против поля, т.е. в провод­нике возникает электрический ток, на­зываемый током проводимости.Если же упорядоченное движение электрических зарядов осуществляется перемещением в пространстве заряженного макроскопического тела, то возникает так называемый конвекционный ток.

Для возникновения и существования электрического тока необходимо, с одной стороны, наличие свободных носителей то­ка— заряженных частиц, способных перемещаться упорядоченно, а с другой — наличие электрического поля, энергия ко­торого, каким-то образом восполняясь, расходовалась бы на их упорядоченное движение. За направление тока условнопринимают направление движения поло­жительных зарядов.

Количественной мерой электрического тока служит сила тока I— скалярная фи­зическая величина, определяемая элек­трическим зарядом, проходящим через по­перечное сечение проводника в единицу времени:

Читайте так же:
Тепловое поражение электрическим током это тест

Ток, сила и направление которого не изме­няются со временем, называется посто­янным.Для постоянного тока

где Q — электрический заряд, проходя­щий за время t через поперечное сечение проводника.

Единица силы тока — ампер(А). Более детально ток можно охарактеризовать с помощью вектора плотности тока j.

Плотностью токаназывается физическая величина, определяемая силой тока, проходящего через единицу площади поперечного сечения проводника, перпендикулярного направлению тока:

Направле­ние вектора j совпадает с направлением упорядоченного движения положительных зарядов. Единица плотности тока — ампер на метр в квадрате (А/м 2 ).

Выразим силу и плотность тока через скорость v упорядоченного движения зарядов в проводнике. Если концентрация носителей тока равна nи каждый носитель имеет элементарный заряд е(что не обя­зательно для ионов), то за время dtчерез поперечное сечение S проводника перено­сится заряд

,

а плотность тока

.

Сила тока сквозь произвольную по­верхность S определяется как поток векто­ра j, т. е.

,

где dS = n dS (n — единичный вектор нор­мали к площадке dS, составляющей с век­тором j угол a).

Сторонние силы. Электродвижущая сила.

Напряжение

Если в цепи на носители тока действуют только силы электростатического поля, то происходит перемещение носителей, от то­чек с большим потенциалом к точкам с меньшим потенциалом. Это приведет к выравниванию потенциалов во всех точках цепи и к исчезновению электричес­кого тока. Поэтому для существования постоянного тока необходимо, чтобы в цепи наряду с участками, на которых положительные заряды движутся в сторону убывания потенциала, должны быть участки, на которых перенос положительных зарядов происходит в направлении возрастания потенциала, т.е. против сил электростатического поля. Заставить двигаться положительные заряды от меньшего потенциала к большему, а отрицательные – от большего к меньшему, необходима сила неэлектрической природы. Поэтому необходимо наличие в цепи устройства, способного создавать и поддерживать разность потенциалов за счет работы сил неэлектростатического происхождения. Такие устройства называ­ются источниками тока.Силы неэлектростатического происхождения, действую­щие на заряды со стороны источников тока, называются сторонними.

Природа сторонних сил может быть различной. Например, в гальванических элементах они возникают за счет энергии химических реакций между электродами и электролитами; в генераторе — за счет механической энергии вращения ро­тора генератора и т. п. Роль источника тока в электрической цепи, такая же, как роль насоса, который необходим для перекачивания жидкости вгидравлической системе.

Читайте так же:
Теплота выделяющаяся под действием тока

Под действием поля сторонних сил электри­ческие заряды движутся внутри источни­ка тока против сил электростатического поля, благодаря чему на концах цепи под­держивается разность потенциалов и в це­пи течет постоянный электрический ток.

Сторонние силы совершают работу по перемещению электрических зарядов. Фи­зическая величина, определяемая работой, совершаемой сторонними силами при пе­ремещении положительного единичного заряда, называется электродвижущей си­лой (э.д.с.) e,действующей в цепи:

. (1)

Эта работа производится за счет энергии, затрачиваемой в источнике тока, поэтому величину eможно также называть элек­тродвижущей силой источника тока, вклю­ченного в цепь. Э.д.с., как и потенциал, выража­ется в вольтах.

Сторонняя сила Fст действующая на заряд Q, может быть выражена как

,

где Ест — напряженность поля сторонних сил. Работа же сторонних сил по переме­щению заряда Q на замкнутом участке цепи равна

. (2)

Разделив это выражение на Q, получим выражение для э.д.с., действующей в цепи:

,

т. е. э.д.с., действующая в замкнутой цепи, может быть определена как циркуляция вектора напряженности поля сторонних сил. Э.д.с., действующая на участке 1 2, равна

(3)

На заряд Q помимо сторонних сил действуют также силы электростатическо­го поля Fe= QE. Таким образом, резуль­тирующая сила, действующая в цепи на заряд Q, равна

Работа, совершаемая результирующей силой над зарядом Q на участке 1—2, равна

Используя выражения (3) и ,

. (4)

Для замкнутой цепи (j1= j2) работа электростати­ческих сил равна нулю, поэтому

.

Напряжением Uна участке 1-2на­зывается физическая величина, определя­емая работой, совершаемой суммарным полем электростатических (кулоновских) и сторонних сил при перемещении положительного единичного заряда на дан­ном участке цепи.

.

Если э.д.с. способствует движению положитель­ных зарядов в выбранном направлении (в направлении а-в),то e12>0 (рис.1). Если э.д.с. препятствует движению положитель­ных зарядов в данном направлении, то e12

Синонимы к словосочетанию «плотность тока»

Связанные слова и выражения

  • плотность тока, сварочный ток, номинальный ток, ток смещения, сила тока, напряжение тока, предельный ток, величина тока, трансформатор тока
  • плотность тока, поверхностная плотность, плотность заряда, объёмная плотность, электронная плотность
  • диэлектрическая проницаемость
  • эквивалентная схема
  • модуль упругости
  • ручная дуговая сварка
  • измерительный преобразователь
  • экспозиционная доза
  • входное сопротивление
  • активная мощность
  • биполярный транзистор
  • угол опережения зажигания
  • уровень звукового давления
  • вынужденные колебания
  • электролитические конденсаторы
  • кадровая развёртка
  • сдвиг фаз
  • экспоненциальная зависимость
  • порошковая проволока
  • рентгеновская трубка
  • десятичный логарифм
  • спектр сигнала
  • фотоэлектронный умножитель
  • ударная вязкость
  • диаграмма направленности
  • напряжённость электрического поля
  • коэффициент передачи
Читайте так же:
Автоматические выключатели только с тепловым реле

Делаем Карту слов лучше вместе

Привет! Меня зовут Лампобот, я компьютерная программа, которая помогает делать Карту слов. Я отлично умею считать, но пока плохо понимаю, как устроен ваш мир. Помоги мне разобраться!

Спасибо! Я обязательно научусь отличать широко распространённые слова от узкоспециальных.

Насколько понятно значение слова мертвенность (существительное):

Связанные слова (по тематикам)

  • Люди: электрик, электротехник, химик, телефонист, сварщик
  • Места: электросеть, подстанция, электростанция, переходник, метагалактика
  • Предметы: полупроводник, мембрана, осциллятор, электролит, трансформатор
  • Действия: ионизация, электролиз, пробой, нагревание, испускание
  • Абстрактные понятия: проводимость, электропроводность, энергия, электромагнетизм, электрон

Ассоциации к слову «плотность&raquo

Ассоциации к слову «ток&raquo

Предложения со словосочетанием «плотность тока&raquo

  • Использование значений плотности тока, отличных от указанных в табл. 1.3.38, должно быть обосновано.

Сочетаемость слова «плотность&raquo

  • высокая плотность
    низкая плотность
    средняя плотность
  • плотность населения
    плотность огня
    плотность воды
  • в зависимости от плотности
    матрица плотности
    холестерин низкой плотности
  • обладать плотностью
    обретать плотность
    терять плотность
  • (полная таблица сочетаемости)

Сочетаемость слова «ток&raquo

  • электрический ток
    переменный ток
    постоянный ток
  • ток крови
    ток высокого напряжения
    ток воздуха
  • разряд тока
    удар тока
    сила тока
  • ток пробежал
    ток прекратился
    ток идёт
  • ударить током
    бить током
    получить удар током
  • (полная таблица сочетаемости)

Значение словосочетания «плотность тока&raquo

Пло́тность то́ка — векторная физическая величина, имеющая смысл силы электрического тока, протекающего через элемент поверхности единичной площади. При равномерном распределении плотности тока и сонаправленности её с нормалью к поверхности, через которую протекает ток, для величины вектора плотности тока выполняется: (Википедия)

Афоризмы русских писателей со словом «плотность&raquo

  • В пьесе должно быть только самое главное — драматург пусть будет беспощаден к самому себе: все, что можно убрать, хотя бы и ценное, убирать без сожаления, в жертву экономии, плотности текста и насыщенности действия.

Отправить комментарий

Дополнительно

  • Как правильно пишется слово «плотность»
  • Как правильно пишется слово «ток»
  • Разбор по составу слова «плотность» (морфемный разбор)
  • Перевод словосочетания «плотность тока» и примеры предложений (английский язык)
Значение словосочетания «плотность тока&raquo

Пло́тность то́ка — векторная физическая величина, имеющая смысл силы электрического тока, протекающего через элемент поверхности единичной площади. При равномерном распределении плотности тока и сонаправленности её с нормалью к поверхности, через которую протекает ток, для величины вектора плотности тока выполняется:

Читайте так же:
Теплота выделяется в проводнике только при прохождении тока проводимости
Предложения со словосочетанием «плотность тока&raquo

Использование значений плотности тока, отличных от указанных в табл. 1.3.38, должно быть обосновано.

Дуга характеризуется высокой плотностью тока в электропроводном газовом канале, выделением большого количества тепловой энергии и сильным световым эффектом.

Рекомендуемые в учебных руководствах по физиотерапии современные плотности тока для дошкольников составляют 0,03 мА/ см2, у школьников 0,05 мА/см2, время воздействия 15–30 мин.

Онлайн журнал электрика

Статьи по электроремонту и электромонтажу

  • Справочник электрика
    • Бытовые электроприборы
    • Библиотека электрика
    • Инструмент электрика
    • Квалификационные характеристики
    • Книги электрика
    • Полезные советы электрику
    • Электричество для чайников
  • Справочник электромонтажника
    • КИП и А
    • Полезная информация
    • Полезные советы
    • Пусконаладочные работы
  • Основы электротехники
    • Провода и кабели
    • Программа профессионального обучения
    • Ремонт в доме
    • Экономия электроэнергии
    • Учёт электроэнергии
    • Электрика на производстве
  • Ремонт электрооборудования
    • Трансформаторы и электрические машины
    • Уроки электротехники
    • Электрические аппараты
    • Эксплуатация электрооборудования
  • Электромонтажные работы
    • Электрические схемы
    • Электрические измерения
    • Электрическое освещение
    • Электробезопасность
    • Электроснабжение
    • Электротехнические материалы
    • Электротехнические устройства
    • Электротехнологические установки

Плотность тока

Величина, равная отношению тока к площади поперечного сечения проводника S, именуется плотностью тока (обозначение δ ).

Плотность тока можно найти последующим образом:

При всем этом подразумевается, что ток умеренно распределен по сечению проводника. Плотность тока в проводах обычно измеряется в а/мм 2 .

Плотность тока — векторная величина. Вектор плотности тока и проводах, соединяющих источники энергии и потребителей, ориентирован нормально к площади поперечного сечения провода.

В неразветвленной электронной цепи ток и разных сечениях проводников плотность тока в разных сечениях проводников имеет однообразное значение .

Если допустить, что величина неизменного тока в сечениях S1, и S 2 неодинакова (рис. 1 ), то заряды, которые проходят за единицу времени через сечения S1 и S2 , могли быть разными. В итоге в объеме проводника меж этими сечениями скапливался бы положительный пли отрицательный заряд. При неизменном токе происходило бы нескончаемое скопление зарядов, что нереально при неизменяющемся токе.

Рис. 1. Электронный ток и плотность тока в разных сечениях неразветвленной электронной цепи.

Плотность тока при разных площадях поперечного сечения проводника S1 и S2 не схожа:

δ1 = I / S1 , δ2 = I / S 2. При S1 > S2 , получим δ1 δ2

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector