Curent electric: definiție, unitate, formulă, tipuri (cu exemple)

Încărcare electrică: ce reacție automată produce acea frază când o citiți? Un simț de furnicături, poate, sau imaginea unui șurub de lumină care desparte cerul? Afișarea colorată a luminilor intermitente într-un oraș precum Paris sau Las Vegas? Poate chiar și o insectă care strălucește cumva în întuneric, pe măsură ce își croiește drum prin camping?

Până în ultimele secole, oamenii de știință nu numai că nu au avut nicio modalitate de a măsura viteza luminii, dar nu aveau idee despre ce fenomene fizice stau la baza a ceea ce este cunoscut acum ca „electricitate”. În anii 1800, fizicienii au înțeles mai întâi particulele minuscule implicate în fluxul de curent (electroni liberi), precum și natura forțelor care îi obligă să se miște. Era clar că electricitatea ar putea face un bine considerabil dacă ar putea fi „făcută” sau „capturată” în condiții de siguranță și energia electrică utilizată pentru a funcționa.

Fluxul de sarcină electrică apare cu ușurință în substanțele clasificate camateriale conductoare

​Curent electriceste rata medie a fluxului de încărcare electrică (adică, încărcare pe unitate de timp) care trece de un punct din spațiu. Această taxă este suportată deelectronideplasându-se printr-un fir într-un circuit electric. Cu cât este mai mare numărul de electroni care trec peste acest punct pe secundă, cu atât este mai mare magnitudinea curentului.

Unitatea SI de curent este amperul (A), adesea numit informal "amperi". Încărcarea electrică în sine este măsurată în colombi (C).

• Încărcarea pe un singur electron este de -1.60 × 10^-19 C, în timp ce pe unprotoneste egală ca mărime, darpozitivîn semn. Acest număr este consideratsarcină fundamentală​ ​e. Unitatea de bază a amperului este deci coulombi pe secundă (C / s).

Prin convenție,curentul electric curge în direcția opusă fluxului de electroni. Acest lucru se datorează faptului că direcția curentului a fost descrisă înainte ca oamenii de știință să știe care purtători de sarcină erau cei care se deplasau sub influența unui câmp electric. În toate scopurile practice, sarcinile pozitive care se deplasează în direcția pozitivă oferă același fizic (de calcul) rezultă ca sarcini negative care se mișcă în direcția negativă atunci când vine vorba de energie electrică actual.

Electronii se deplasează spre un terminal pozitiv într-un circuit electric. Fluxul de electroni sau sarcina în mișcare este, prin urmare, departe de terminalul negativ. Mișcarea electronilor într-un fir de cupru sau alt material conductor generează, de asemenea, ocamp magneticcare are o direcție și magnitudine determinate de direcția curentului electric și, prin urmare, de mișcarea electronilor; acesta este principiul pe baza căruiaelectromagneteste construit.

Pentru scenariul de bază convențional al curentului unei sarcini care se mișcă printr-un fir, formula curentului este dată de:

Undeneste numărul de încărcări pe metru cub (m³), ​eeste sarcina fundamentală,Aeste aria secțiunii transversale a firului și​v_d​esteviteza de deriva​.

Deși curentul are atât o magnitudine cât și o direcție, este o mărime scalară, nu o mărime vectorială, deoarece nu respectă legile adunării vectoriale.

​Legea lui Ohmoferă o formulă pentru determinarea curentului care va curge printr-un conductor:

UndeVesteVoltaj, saudiferența de potențial electric, măsurat în volți șiReste electricrezistenţăla debitul curent, măsurat înohmi​ (Ω).

Gândiți-vă la tensiune ca la o „forță de tracțiune” (deși această „forță electromotivă” nu este literalmente o forță) specifică sarcinilor electrice. Când sarcinile opuse sunt separate, ele sunt atrase una de cealaltă într-un mod care se diminuează odată cu creșterea distanței dintre ele. Este puțin analog cu energia potențială gravitațională din mecanica clasică; gravitația „vrea” ca lucrurile înalte să cadă pe Pământ, iar tensiunea „vrea” ca sarcini separate (opuse) să se prăbușească.

Volți sunt echivalenți cu jouli per coulomb sau J / C. Au astfel unități de energie pe unitate de încărcare. Curentul de tensiune dă astfel unități de (C / s) (J / C) = (J / s), care se traduc în unități de putere (în acest caz electrică):

Combinarea acestui lucru cu legea lui Ohm dă naștere la alte relații matematice utile care implică fluxul de curent: P = I²R și P = V²/R. Acestea arată, printre altele, că la un nivel fix de curent, puterea este proporțională cu rezistența, în timp ce dacă tensiunea este fixă, puterea esteinversproporțional cu rezistența.

În timp ce sarcinile în mișcare (curent) induc un câmp magnetic, un câmp magnetic poate induce el însuși tensiunea într-un fir.

• ​Curent continuu (DC):Acest lucru se întâmplă atunci când toți electronii curg continuu în aceeași direcție. Acesta este tipul de curent într-un circuit conectat la o baterie standard. Bateriile, desigur, pot și pot furniza doar o cantitate dispărut de mică necesară pentru a alimenta omul civilizație, deși tehnologia în continuă îmbunătățire în zona celulelor solare oferă promisiunea unui potențial mai bun pentru stocare a energiei.
• ​Curent alternativ (AC):Aici, electronii oscilează înainte și înapoi („mișcare”, într-un sens) foarte rapid. Acest tip de curent este adesea mai ușor de generat într-o centrală electrică și, de asemenea, are ca rezultat o pierdere mai mică de energie pe o distanță mare, motiv pentru care este standardul utilizat astăzi. Fiecare bec și alte aparate electrice dintr-o casă standard de la începutul secolului al XXI-lea sunt alimentate cu curent alternativ.

Cu AC, tensiunea este variată într-un mod sinusoidal și este dată în orice momenttprin expresia V = V₀păcat (2πft), undeV₀este tensiunea inițială șifeste frecvența sau numărul de cicluri complete de tensiune (de la maxim la minim înapoi la valoarea maximă) în fiecare secundă.

Un ampermetru este un dispozitiv care este utilizat pentru a măsura curentul conectându-l în serie - și niciodată în paralel - într-un circuit electric. (Un circuit paralel are mai multe fire între joncțiuni - cu alte cuvinte, la sursa de alimentare, condensatori și rezistențe - în circuit.) Funcționează pe principiul că curentul este același prin toate părțile unui fir între două joncțiuni.

Un ampermetru are o rezistență intrinsecă cunoscută, scăzută și este configurat pentru a da odevierea la scară completă(FSD) la un nivel dat de curent, de multe ori 0,015 A sau 15 mA. Dacă cunoașteți tensiunea și manipulați rezistența utilizând funcția de rezistență la derivație a ampermetrului, puteți determina curentul; știi care este valoarea fluxului curentar trebui săfolosind legea lui Ohm.

1. Calculați viteza de deriva a electronilor într-un fir cilindric de cupru cu o rază de 1 mm sau 0,001 m) care poartă un curent de 15 A, dat fiind că pentru cupru, n = 8,342 × 10²⁸ e / m³.

ZonaAa secțiunii transversale a firului este πr²sau π (0,001)² = 3.14 10^-6 m².

• Semnul negativ indică faptul că direcția este împotriva celei de curent, așa cum era de așteptat pentru electroni.

2. Găsiți curentul I într-un circuit de 120 V care are rezistențe 2-Ω, 4-Ω și 6-Ω în serie.

Rezistoarele în serie sunt pur și simplu aditive (în circuite paralele, suma rezistenței totale este suma reciprocelor valorilor rezistenței individuale). Prin urmare:

3. Un circuit are o rezistență totală de 15 Ω și un curent de curent de 20 A. Care sunt puterea și tensiunea din acest circuit?