Deși este adesea convenabil să se atașeze un semn negativ sau pozitiv pentru a indica direcția generală de mișcare a sarcinilor, curentul este o mărime scalară, 𝐼 = 𝑑𝑄/𝑑𝑡. Este adesea necesar să se discute detaliile mișcării sarcinii, în loc să se discute mișcarea generală a sarcinilor. În astfel de cazuri, este necesar să se discute densitatea de curent, 𝐉→, o mărime vectorială. Densitatea de curent este fluxul de sarcină printr-o suprafață infinitezimală, împărțit la suprafață. Densitatea de curent trebuie să țină cont de magnitudinea locală și direcția fluxului de sarcină, care variază de la un punct la altul. Unitatea de densitate de curent este amperul pe metru pătrat, iar direcția este definită ca direcția fluxului net de sarcini pozitive prin suprafață.
Relația dintre curent și densitatea de curent poate fi văzută în Figura 9.12. Curentul diferențial care trece prin aria 𝑑𝐀→ se găsește ca
𝑑𝐼 = 𝐉→·𝑑𝐀→ = 𝐽𝑑𝐴cos𝜃,
unde 𝜃 este unghiul dintre arie și densitatea de curent. Curentul total care trece prin aria 𝑑𝐀→ poate fi găsit prin integrarea peste arie,
𝐼 = ∬arie 𝐉→·𝑑𝐀→. (9.5)
Luați în considerare magnitudinea densității de curent, care este curentul împărțit la arie:
𝐽 = 𝐼/𝐴 = 𝑛|𝑞|𝐴𝑣d/𝐴 = 𝑛|𝑞|𝑣d.
Astfel, densitatea de curent este 𝐉→ = 𝑛𝑞𝐯→d. Dacă q este pozitiv, 𝐯→d este în aceeași direcție ca și câmpul electric 𝐄→. Dacă q este negativ, 𝐯→d este în direcția opusă lui 𝐄→. În orice caz, direcția densității de curent 𝐉→ este în direcția câmpului electric 𝐄→.
Figura 9.12 Densitatea de curent 𝐉→ este definită ca curentul care trece printr-o arie a secțiunii transversale infinitezimală împărțit la arie. Direcția densității de curent este direcția fluxului net de sarcini pozitive, iar magnitudinea este egală cu curentul împărțit la aria infinitezimală.
| EXEMPLUL 9.4
Calcularea densității de curent într-un fir Curentul furnizat unei lămpi cu un bec de 100 W este de 0,87 amperi. Lampa este conectată folosind un fir de cupru cu diametrul de 2,588 mm (calibre 10). Găsiți magnitudinea densității de curent. Strategie Densitatea de curent este curentul care se deplasează printr-o arie a secțiunii transversale infinitesimală împărțit la arie. Putem calcula magnitudinea densității de curent folosind 𝐽 = 𝐼/𝐴. Curentul este dat ca 0,87 A. Aria secțiunii transversale poate fi calculată ca fiind 𝐴 = 5,26 mm2. Soluție Calculați densitatea de curent folosind curentul dat 𝐼 = 0,87 A și aria, găsită a fi 𝐴 = 5,26 mm2. 𝐽 = 𝐼/𝐴 = 0,87 A/5,26×10−6 m2 =1,65×105 A/m2. Semnificație Densitatea de curent într-un fir conductor depinde de curentul prin firul conductor și de aria secțiunii transversale a firului. Pentru un curent dat, pe măsură ce diametrul firului crește, densitatea de sarcină scade. |
| EXERCIȚIUL 9.4
Densitatea de curent este proporțională cu curentul și invers proporțională cu aria. Dacă densitatea de curent într-un fir conductor crește, ce se întâmplă cu viteza de deplasare a sarcinilor din fir? |
Care este semnificația densității de curent? Densitatea de curent este proporțională cu curentul, iar curentul este numărul de sarcini care trec printr-o arie a secțiunii transversale pe secundă. Sarcinile se deplasează prin conductor, accelerate de forța electrică furnizată de câmpul electric. Câmpul electric este creat atunci când se aplică o tensiune pe conductor. În Legea lui Ohm, vom folosi această relație dintre densitatea de curent și câmpul electric pentru a examina relația dintre curentul printr-un conductor și tensiunea aplicată.
Fizica fenomenologică – Compendiu – Volumul 2
Descoperă universul fizicii printr-o perspectivă fenomenologică captivantă!
Fizica fenomenologică – Compendiu – Volumul 1
O explorare cuprinzătoare a fizicii, combinând perspective teoretice cu fenomene din lumea reală.
Electricitate și magnetism – Electromagnetism fenomenologic
O călătorie captivantă prin lumea fenomenelor electromagnetice, de la descoperirile fundamentale până la aplicațiile moderne.
Descoperă mai multe la MultiMedia
Abonează-te ca să primești ultimele articole prin email.
Lasă un răspuns