Elektrik yükü: Okuduğunuzda bu ifade nasıl bir otomatik tepki veriyor? Belki bir karıncalanma hissi mi, yoksa gökyüzünü bölen bir yıldırım şimşeğinin görüntüsü mü? Paris veya Las Vegas gibi bir şehirde yanıp sönen ışıkların renkli görüntüsü mü? Belki de kamp alanınız boyunca ilerlerken bir şekilde karanlıkta parlayan bir böcek?
Son yüzyıllara kadar bilim adamlarının ışığın hızını ölçmek için hiçbir yolu yoktu, aynı zamanda ilk etapta şimdi "elektrik" olarak bilinen şeyin altında hangi fiziksel olayların yattığı hakkında hiçbir fikirleri yoktu. 1800'lerde fizikçiler ilk olarak akım akışında (serbest elektronlar) yer alan küçük parçacıkların yanı sıra onları hareket etmeye zorlayan kuvvetlerin doğası hakkında bir anlayış kazandılar. Elektriğin güvenli bir şekilde "yapılabilir" veya "yakalanabilir" olması ve kullanılan elektrik enerjisinin iş yapması halinde önemli ölçüde fayda sağlayabileceği açıktı.
Elektrik yükü akışı şu şekilde sınıflandırılan maddelerde kolaylıkla oluşur:iletken malzemeler
olarak bilinenlerde engellenirken,izolatörler. Örneğin bakır tel gibi bir metal telde, birpotansiyel farktelin uçlarında bir yük akışına neden olur ve bir akım oluşturur.Elektrik Akımının Tanımı
Elektrik akımıuzayda bir noktadan geçen elektrik yükünün (yani birim zamandaki yükün) ortalama akış hızıdır. Bu ücret tarafından taşınırelektronlarbir elektrik devresinde bir tel boyunca hareket etmek. Saniyede bu noktadan geçen elektron sayısı ne kadar yüksekse, akımın büyüklüğü de o kadar büyük olur.
Akımın SI birimi amperdir (A), genellikle gayri resmi olarak "amper" olarak adlandırılır. Elektrik yükünün kendisi coulomb (C) cinsinden ölçülür.
- Tek bir elektronun yükü -1.60 × 10'dur.-19 C, bu sırada birprotonbüyüklük olarak eşittir amapozitifişarette. Bu sayı kabul edilirtemel yük e. Amperin temel birimi bu nedenle saniyede coulomb'dur (C/s).
Kongre tarafından,elektrik akımı elektron akışının tersi yönünde akar. Bunun nedeni, bilim adamlarının bir elektrik alanının etkisi altında hareket eden yük taşıyıcıların hangileri olduğunu bilmeden önce akımın yönünün tanımlanmış olmasıdır. Tüm pratik amaçlar için, pozitif yönde hareket eden pozitif yükler aynı fiziksel özellikleri sunar. (hesaplamalı) elektrik söz konusu olduğunda negatif yönde hareket eden negatif yükler olarak sonuç akım.
Elektronlar bir elektrik devresinde pozitif bir terminale doğru hareket eder. Elektron akışı veya hareketli yük bu nedenle negatif terminalden uzaktadır. Bir bakır tel veya diğer iletken malzemedeki elektronların hareketi de birmanyetik alanelektrik akımı yönü ve dolayısıyla elektronların hareketi tarafından belirlenen bir yön ve büyüklüğe sahip olan; bu ilke, birelektromanyetikinşa edildi.
Elektrik Akımı Formülü
Bir tel boyunca hareket eden bir yükün temel geleneksel akım senaryosu için, akım formülü şu şekilde verilir:
ben=neAv_d
neredenmetreküp başına şarj sayısıdır (m3), etemel yüktür,birtelin kesit alanıdır vevdbusürüklenme hızı.
Akımın hem büyüklüğü hem de yönü olmasına rağmen, vektör toplama yasalarına uymadığı için vektörel bir büyüklük değil, skaler bir büyüklüktür.
Ohm Yasası Formülü
Ohm yasasıbir iletkenden geçecek akımı belirlemek için bir formül verir:
ben-\frac{V}{R}
neredeVbuVoltajveyaelektriksel potansiyel farkı, volt olarak ölçülür ve$elektrik midirençölçülen akım akışınaohm (Ω).
Voltajı, elektrik yüklerine özgü bir "çekme kuvveti" (bu "elektromotor kuvvet" kelimenin tam anlamıyla bir kuvvet olmasa da) olarak düşünün. Zıt yükler ayrıldığında, aralarındaki mesafe arttıkça azalan bir şekilde birbirlerine çekilirler. Klasik mekanikteki yerçekimi potansiyel enerjisine gevşek bir şekilde benzer; yerçekimi yüksek şeylerin Dünya'ya düşmesini "istiyor" ve voltaj ayrı (zıt) yüklerin bir araya gelmesini "istiyor".
Voltaj Açıklaması
Volt, coulomb başına joule veya J/C'ye eşittir. Bu nedenle, birim yük başına enerji birimlerine sahiptirler. Akım çarpı voltaj böylece (C/s)(J/C) = (J/s) birimlerini verir, bu da (bu durumda elektrik) güç birimlerine çevrilir:
P=IV
Bunu Ohm yasasıyla birleştirmek, akımın akışını içeren diğer faydalı matematiksel ilişkilerin ortaya çıkmasına neden olur: P = I2R ve P = V2/R. Bunlar, diğer şeylerin yanı sıra, sabit bir akım seviyesinde gücün dirençle orantılı olduğunu, oysa voltaj sabitse gücün güç olduğunu gösterir.tersdirençle orantılıdır.
Hareket eden yükler (akım) bir manyetik alanı indüklerken, bir manyetik alanın kendisi bir telde voltaj indükleyebilir.
Akım Türleri
- Doğru Akım (DC):Bu, tüm elektronlar sürekli olarak aynı yönde aktığında meydana gelir. Bu, standart bir aküye bağlı bir devredeki akım türüdür. Piller, elbette, insana güç sağlamak için gerekli olan enerjinin yalnızca çok küçük bir miktarını sağlayabilir ve sağlayabilir. medeniyet, güneş pilleri alanında sürekli gelişen teknoloji, daha iyi bir potansiyel vaadi sunuyor. enerji depolama.
- Alternatif Akım (AC):Burada elektronlar çok hızlı bir şekilde ileri geri salınır (bir anlamda "kıpır kıpır"). Bu tür bir akımın bir elektrik santralinde üretilmesi genellikle daha kolaydır ve aynı zamanda uzun mesafelerde daha az enerji kaybıyla sonuçlanır, bu nedenle bugün kullanılan standarttır. 21. yüzyılın başlarında standart bir evde bulunan her ampul ve diğer elektrikli cihazlar AC ile çalışır.
AC ile voltaj sinüzoidal bir şekilde değiştirilir ve herhangi bir zamanda verilir.tV = V ifadesiyle0günah (2πft), neredeV0başlangıç voltajıdır vefher saniyedeki frekans veya tam voltaj döngülerinin sayısıdır (maksimumdan minimuma geri maksimum değere).
Ölçüm Akımı
Ampermetre, akımı bir elektrik devresinde seri olarak - asla paralel değil - bağlayarak ölçmek için kullanılan bir cihazdır. (Paralel bir devrede bağlantı noktaları arasında birden fazla kablo bulunur - başka bir deyişle güç kaynağında, kapasitörlerde ve dirençlerde – devrede.) İki tel arasındaki bir telin tüm bölümlerinden akımın aynı olması prensibi ile çalışır. kavşaklar.
Bir ampermetre bilinen, düşük bir içsel dirence sahiptir ve bir ampermetre verecek şekilde ayarlanmıştır.tam ölçekli sapma(FSD) belirli bir akım seviyesinde, genellikle 0,015 A veya 15 mA. Voltajı biliyorsanız ve ampermetrenin şönt direnç fonksiyonunu kullanarak direnci manipüle ederseniz akımı belirleyebilirsiniz; mevcut akışın değerinin ne olduğunu biliyorsunmeliOhm yasasını kullanıyor olmak.
Elektrik Akımı Örnekleri
1. Bakır için n = 8.342 × 10 olduğu göz önüne alındığında, 15-A akım taşıyan 1 mm veya 0.001 m yarıçaplı silindirik bir bakır teldeki elektronların sürüklenme hızını hesaplayın.28 e/m3.
I=neAv_d\implies v_d=\frac{I}{neA}
Alanbirtelin kesiti πr2, veya π(0,001)2 = 3.14 10-6 m2.
v_d=\frac{I}{neA}=\frac{15}{8.342\times 10^{28}\times -1.60\times 10^{-19}\times 3.14\times 10^{-6}}= -3.6\times 10^{-4}\text{ m/s}
- Negatif işaret, elektronlar için beklendiği gibi yönün akım akışının tersine olduğunu gösterir.
2. Seri bağlı 2-Ω, 4-Ω ve 6-Ω dirençleri olan 120 V'luk bir devrede I akımını bulun.
Seri bağlı dirençler basitçe toplamsaldır (paralel devrelerde, toplam direncin toplamı, bireysel direnç değerlerinin karşılıklılarının toplamıdır). Böylece:
I=\frac{V}{R}=\frac{120}{2+4+6}=10\metin{ A}
3. Bir devrenin toplam direnci 15 Ω ve akım akışı 20 A'dır. Bu devredeki güç ve voltaj nedir?
P=I^2R=20^2\times 15=6,000\text{ W}\text{ ve }V=IR=20\times 15 = 300\text{ V}