Curentul electric care traversează secțiunea transversală a unui conductor: definiție, repartiția în secțiune și relații fundamentale

Currents electricele reprezintă mișcarea ordonată a purtătorilor de sarcină electrică prin interiorul unui conductor. Purtătorii de sarcină electrică în metale sunt electronii, în electroliti sunt ionii pozitivi și negativi, iar în semiconductoare electroni și goluri sunt transportatori principali. Intensiunea curentului electric, notată I, este mărimea fizică scalară care reprezintă cantitatea de sarcină electrică ce trece prin secțiunea transversală a unui conductor în unitatea de timp. I reprezintă numărul purtătorilor de sarcină care traversează secțiunea în unitatea de timp.

Unități, definiții și măsurători

În Sistemul Internațional, intensitatea curentului electric se măsoară în amperi (A). Un amper este definit ca intensitatea curentului care, trecând printr-o secțiune transversală a unui conductor, determină trecerea unei sarcini de 1 coulomb într-o secundă. Simbolul Q este adesea folosit pentru a nota cantitatea de sarcină electrică, iar sarcina electrică este măsurată în Coulombi (C).

Intensitatea curentului se poate exprima prin relația I = Q / t, unde Q este sarcina transportată într-un interval de timp t. Alternativ, I = N·e / t, unde N este numărul de purtători, e este sarcina elementară (aproximativ 1,602×10^-19 C).

Curentul poate fi continuu (DC) dacă sensul său rămâne constant în timp sau alternativ (AC) dacă sensul curentului se schimbă periodic în timp. Existența curentului implică existența unui câmp electric și implicit a unei diferențe de potențial electric. Generatorul electric este sistemul care produce și menține această diferență de potențial între două puncte, transformând o formă de energie în energie electrică. Bateria și acumulatorul agațează energia chimică în energie electrică, iar dynamoul și alternatorul transformă energia mecanică în energie electrică.

Concepte asociate: tensiunea și rezistența

Tensiunea electromotoare (emf) Et este o caracteristică a generatorului, reprezentând lucrul mecanic efectuat de câmpul electric pentru a deplasa unitatea de sarcină electrică prin întreg circuitul. Tensiunea la bornele generatorului, U, reprezintă lucrul mecanic efectuat de câmpul electric în exteriorul generatorului. Tensiunea internă, u, reprezintă lucrul mecanic efectuat în interiorul generatorului. Relația dintre aceste mărimi este dată de E = U + u. Pe lungimea circuitului exterior, tensiunea totală scade la bornele la care se măsoară U, iar interiorul generatorului contribuie prin u.

Circuitul electric se compune din generator, consumatori și conductori de legătură. Orice porțiune de circuit și orice consumator au o rezistență electrică. Rezistența electrică R caracterizează proprietatea unei porțiuni de circuit de a se opune trecerii curentului. Legea lui Ohm pentru o porțiune de circuit, menținând temperatura constantă, stabilește relația dintre intensitatea I, tensiunea U și rezistența R: I = U / R. Legea lui Ohm pentru întregul circuit extinde această relație la întreaga rețea.

Distribuția curentului în secțiunea transversală: densitatea de curent

Atunci când secțiunea transversală a conductorului nu poate fi considerată neglijabil de mică și este necesară descrierea repartiției curentului pe suprafața secțiunii, curgerea curentului este caracterizată prin densitatea de curent j, definită ca j = dQ / (dA · dt). Densitatea de curent poate varia în spațiu în funcție de proprietățile materialului și de distribuția câmpului electric, dar media densităților pe secțiunea transversală determină intensitatea totală a curentului I prin relația I = ∫_A j · dA, unde A este zona secțiunii conductorului.

În materialele conductoare, purtătorii de sarcină electrică sunt electronii sau ionii, iar dacă mărimea curentului este cunoscută în timp, se poate determina sarcina transportată pe unitate de timp. De asemenea, în exemplele din manuale de fizică pentru clasele gimnaziale se arată cum o sarcină electrică transportată în timp poate fi calculată ca Q = I · Δt, prin aceste concepte fundamentale se fundamentează calculul curentului în diverse situații practice, precum furtunile sau utilizarea becurilor electrice.

Exemple practice și situații tipice

• O baterie alimentează un bec electric cu un curent de 0,12 A.
• O cantitate de sarcină electrică de 3600 C este transportată în timpul unei explozii sau în altă situație intensă; dacă durata este de 4 s, intensitatea curentului poate fi calculată ca I = Q / t, rezultând un curent de 900 A.
• În circuite, curentul electric poate fi direct proporțional cu timpul legat de condițiile semnalului electric și de componenta emisă de circuit, iar repartiția curentului pe secțiune este determinată de densitatea de curent.

Distribuția sarcinilor electrice

Sarcina electrică este mărimea fizică care exprimă proprietatea purtătorilor de sarcină de a interacționa prin câmp electromagnetic. Există două tipuri de sarcină: pozitivă și negativă. Purtătorii de sarcină în metale sunt electronii, în electroliti sunt ioni, iar în semiconductoare sunt electroni și goluri. Sarcina elementară e are valoarea aproximativă de 1,602×10^-19 C. În mod obișnuit, sarcina totală a unui obiect este suma sarcinilor componentelor sale, iar în organismul macroscopic sarcina netă poate fi zero sau nenulă în situații de polarizare sau electrostaticitate.

Curentul electric este o reprezentație a mișcării ordonate a purtătorilor de sarcină într-o direcție specifică. Simbolul Q este adesea folosit în notarea cantității de sarcină electrică, iar coulombul este unitatea de măsură. În practică, sarcina netă a unui obiect poate fi zero, dar distribuția sarcinilor poate fi inegală datorită câmpurilor externe-fenomen cunoscut ca polarizare. În astfel de situații, sarcinile legate rezultă din polimerizarea internă a materialelor, în timp ce sarcinile aduse din exterior se numesc sarcini libere.

Utilizarea conceptelor de sarcină, curent și tensiune permite înțelegerea funcționării generatoarelor, bateriilor, acumulatorilor, dinamelor și alternatoarelor, precum și a echipamentelor de măsurare cum ar fi voltmetrele și ampermetrele, conectate în mod corespunzător în circuite.

Aspecte teoretice suplimentare

Sarcina electrică poate fi văzută ca o mărime conservată: existența ei este asociată cu conservarea sarcinilor electrice, în timp ce energia asociată poate fi convertită în alte forme. În texturele utilizate în educația în fizică pentru clasele VII-VIII, se subliniază că sarcina electrică, curentul și tensiunea sunt concepte interconectate prin legi fundamentale ale circuitelor, cum ar fi Legea lui Ohm și relațiile dintre tensiune, curent și rezistență în diverse porțiuni de circuit.

tags: #sarcina #electrica #care #tranverseaza #sectiunea #tranvesla

Postări populare:

• Inseminarea artificială acasă: posibilități și riscuri
• Chifteluțe de cartofi pentru bebeluși - rețetă sănătoasă
• Principii aplicabile în rezoluțiunea contractului de vânzare-cumpărare auto și sarcina probei
• Bebeluşi mici: motive pentru scădere în greutate la 3 luni și ce să faci
• Strategii de diferențiere în învățarea gradi combinată pentru elevi individualizați