Elektrische stroom: definitie, eenheid, formule, typen (met voorbeelden)

Elektrische lading: welke automatische reactie veroorzaakt die zin als je hem leest? Een tintelend gevoel misschien, of het beeld van een bliksemschicht die de lucht splijt? De kleurrijke weergave van knipperende lichten in een stad als Parijs of Las Vegas? Misschien zelfs een insect dat op de een of andere manier oplicht in het donker terwijl het zich een weg baant over uw camping?

Tot de afgelopen eeuwen hadden wetenschappers niet alleen geen manier om de snelheid van het licht te meten, ze hadden ook geen idee welke fysieke verschijnselen ten grondslag liggen aan wat nu in de eerste plaats bekend staat als 'elektriciteit'. In de 19e eeuw kregen natuurkundigen voor het eerst inzicht in de kleine deeltjes die betrokken zijn bij de stroom (vrije elektronen) en de aard van de krachten die hen dwingen te bewegen. Het was duidelijk dat elektriciteit veel goeds zou kunnen doen als het veilig kon worden "gemaakt" of "gevangen" en de elektrische energie die werd gebruikt om werk te doen.

Elektrische ladingsstroom komt gemakkelijk voor in stoffen die zijn geclassificeerd als:

​Elektrische stroomis de gemiddelde stroomsnelheid van elektrische lading (d.w.z. lading per tijdseenheid) langs een punt in de ruimte. Deze lading wordt gedragen doorelektronenbewegen door een draad in een elektrisch circuit. Hoe hoger het aantal elektronen dat per seconde langs dit punt beweegt, hoe groter de stroomsterkte.

De SI-eenheid van stroom is de ampère (A), vaak informeel "ampère" genoemd. Elektrische lading zelf wordt gemeten in coulombs (C).

• De lading op een enkel elektron is -1,60 × 10^-19 C, terwijl dat op aprotonis gelijk in grootte maarpositiefin teken. Dit nummer wordt beschouwd als defundamentele lading​ ​e. De basiseenheid van de ampère is daarom coulombs per seconde (C/s).

volgens afspraak,elektrische stroom vloeit in de tegenovergestelde richting van de stroom van elektronen. Dit komt omdat de stroomrichting werd beschreven voordat wetenschappers wisten welke ladingsdragers zich bewogen onder invloed van een elektrisch veld. Voor alle praktische doeleinden bieden positieve ladingen die in de positieve richting bewegen dezelfde fysieke (computationeel) resultaat als negatieve ladingen die in de negatieve richting bewegen als het gaat om elektrisch actueel.

Elektronen bewegen naar een positieve pool in een elektrisch circuit. De elektronenstroom, of bewegende lading, is daarom weg van de negatieve pool. De beweging van elektronen in een koperdraad of ander geleidend materiaal genereert ook eenmagnetisch velddie een richting en grootte heeft die worden bepaald door de richting van de elektrische stroom en dus de beweging van elektronen; dit is het principe waarop eenelektromagneetis gebouwd.

Voor het standaard conventionele stroomscenario van een lading die door een draad beweegt, wordt de formule voor stroom gegeven door:

waarneeis het aantal ladingen per kubieke meter (m³), ​eis de fundamentele lading,EENis de dwarsdoorsnede van de draad, en​v_d​is deDrift snelheid​.

Hoewel stroom zowel een grootte als een richting heeft, is het een scalaire grootheid, geen vectorgrootheid, omdat het niet voldoet aan de wetten van vectoroptelling.

​De wet van Ohmgeeft een formule voor het bepalen van de stroom die door een geleider zal vloeien:

waarVis deSpanning, ofelektrisch potentiaalverschil, gemeten in volt, enRis de elektrischeweerstandnaar de stroomsterkte, gemeten inohm​ (Ω).

Zie spanning als een "trekkracht" (hoewel deze "elektromotorische kracht" niet letterlijk een kracht is) die specifiek is voor elektrische ladingen. Wanneer tegengestelde ladingen worden gescheiden, worden ze tot elkaar aangetrokken op een manier die afneemt met toenemende afstand tussen hen. Het is losjes analoog aan zwaartekracht potentiële energie in de klassieke mechanica; zwaartekracht "wil" dat hoge dingen naar de aarde vallen, en spanning "wil" gescheiden (tegengestelde) ladingen om samen te vallen.

Volt is gelijk aan joule per coulomb, of J/C. Ze hebben dus eenheden van energie per eenheid lading. Huidige tijden spanning geeft dus eenheden van (C/s)(J/C) = (J/s), wat zich vertaalt naar eenheden van (in dit geval elektrisch) vermogen:

Door dit te combineren met de wet van Ohm ontstaan ​​andere nuttige wiskundige relaties met betrekking tot de stroomstroom: P = I²R en P = V²/R. Deze laten onder andere zien dat bij een vast stroomniveau het vermogen evenredig is met de weerstand, terwijl als de spanning vast is, het vermogenomgekeerdevenredig met weerstand.

Terwijl bewegende ladingen (stroom) een magnetisch veld induceren, kan een magnetisch veld zelf spanning in een draad induceren.

• ​Gelijkstroom (DC):Dit gebeurt wanneer alle elektronen continu in dezelfde richting stromen. Dit is het type stroom in een circuit dat is aangesloten op een standaardbatterij. Batterijen kunnen natuurlijk maar een verwaarloosbaar kleine hoeveelheid energie leveren die nodig is om de mens van stroom te voorzien beschaving, hoewel de steeds betere technologie op het gebied van zonnecellen de belofte biedt van een beter potentieel voor energie opslag.
• ​Wisselstroom (AC):Hier oscilleren elektronen zeer snel heen en weer ("wiebelen", in zekere zin). Dit soort stroom is vaak makkelijker op te wekken in een elektriciteitscentrale en zorgt ook voor minder energieverlies over een grote afstand, vandaar dat het tegenwoordig de standaard is. Elke gloeilamp en elk ander elektrisch apparaat in een standaard huis uit het begin van de 21e eeuw wordt gevoed door wisselstroom.

Met AC wordt de spanning op een sinusvormige manier gevarieerd en wordt deze op elk moment gegeventdoor de uitdrukking V = V₀zonde (2πft), waarV₀is de beginspanning enfis de frequentie, of het aantal volledige spanningscycli (maximum naar minimum terug naar maximumwaarde) in elke seconde.

Een ampèremeter is een apparaat dat wordt gebruikt om stroom te meten door het in serie - en nooit parallel - in een elektrisch circuit te schakelen. (Een parallelle schakeling heeft meerdere draden tussen knooppunten - met andere woorden, bij de stroombron, condensatoren en weerstanden) - in het circuit.) Het werkt volgens het principe dat de stroom hetzelfde is door alle delen van een draad tussen twee kruispunten.

Een ampèremeter heeft een bekende, lage intrinsieke weerstand en is ingesteld om eenvolledige doorbuiging(FSD) bij een bepaald stroomniveau, vaak 0,015 A of 15 mA. Als u de spanning kent en de weerstand manipuleert met behulp van de shuntweerstandsfunctie van de ampèremeter, kunt u de stroom bepalen; je weet wat de waarde van de huidige stroom iszou moetengebruik maken van de wet van Ohm.

1. Bereken de driftsnelheid van elektronen in een cilindrische koperdraad met een straal van 1 mm of 0,001 m) die een stroom van 15 A draagt, gegeven dat voor koper n = 8,342 × 10²⁸ e/m³.

Het gebiedEENvan de doorsnede van de draad is πr², of π (0,001)² = 3.14 10^-6 m².

• Het negatieve teken geeft aan dat de richting tegen die van de stroom in is, zoals verwacht voor elektronen.

2. Zoek de stroom I in een 120-V-circuit met 2-Ω, 4-Ω en 6-Ω-weerstanden in serie.

Weerstanden in serie zijn gewoon additief (in parallelle circuits is de som van de totale weerstand de som van de reciproke waarden van de individuele weerstandswaarden). Dus:

3. Een circuit heeft een totale weerstand van 15 en een stroomsterkte van 20 A. Wat zijn het vermogen en de spanning in dit circuit?