Определение электрического тока

Question

Определение электрического тока

Маруан Элалама

Я пытаюсь понять электрический ток . Некоторые ресурсы говорят, что это поток заряда, а другие говорят, что это количество заряда, которое проходит через площадь поперечного сечения за определенный период времени. Это смущает меня, потому что я не уверен, является ли это количеством (количеством заряда) или действием (потоком заряда). Не могли бы вы дать мне окончательное определение?

Квантовый осциллятор

Лучше задать вопрос: как оба эти определения эквивалентны?

Соломон Слоу

«Поток заряда» и «количество заряда… за период времени » означают одно и то же.

Оскар Браво

Можете ли вы объяснить, почему вы думаете, что эти термины разные? Поток означает количество в единицу времени - эти два термина говорят об одном и том же...

Ответы (6)

Определение электрического тока

Лучше задать вопрос: как оба эти определения эквивалентны?
«Поток заряда» и «количество заряда… за период времени » означают одно и то же.
Можете ли вы объяснить, почему вы думаете, что эти термины разные? Поток означает количество в единицу времени - эти два термина говорят об одном и том же...

Билл Уоттс · Answer 1

Билл Уоттс

Проще говоря, ток — это просто поток заряда. Если, однако, вы хотите измерить и количественно определить величину тока, величина тока представляет собой количество заряда, проходящего через точку в течение определенного периода времени.

Первый оператор определяет ток, а второй определяет его измерение.

Эрик Тауэрс

«прохождение точки» по определению опасно. «прохождение через поверхность» в меньшей степени.

Билл Уоттс

@EricTowers Вы, конечно, правы, но фактические измерения обычно происходят в точках.

Эрик Тауэрс

Это не так ясно для тока... См., например, токовые клещи , где измеряется ток через поверхность, изотопную диску.

Билл Уоттс

@EricTowers Есть несколько способов измерения тока. NIST определяет ампер как «Один ампер — это ток, при котором один кулон заряда проходит через данную точку за 1 секунду». На nist.gov/si-redefinition/ampere-introduction . Ранее ампер определялся силой между бесконечными параллельными проводами. Когда-то ампер определяли по количеству серебра, осажденного из раствора нитрата серебра.

Эрик Тауэрс

Это не текущее определение Ампера; это упрощенное описание в прозе, описывающее переопределение 2019 года. Текущее определение не пытается подробно описать, что такое электрический ток, просто утверждается, что ампер — это электрический ток, который удовлетворяет условию 1 Кл = (1 А) (1 с) (где кулон определяется с использованием версии элементарного заряда 2019 года и второй по-прежнему определяется с помощью сверхтонкого перехода цезия). См. , например , BIPM .

Боб Д · Answer 2

Вероятно, вы можете найти различные определения, поэтому я не уверен, что существует какое-либо единственное «окончательное» определение электрического тока.

Но как инженер я использую определение из справочного руководства для экзамена по основам для того, чтобы стать профессиональным инженером в США, следующим образом:

"Электрический ток $i(t)$ через поверхность определяется как скорость переноса заряда через эту поверхность или

я (т) "=" \frac{г д (т)}{г т}

$i(t)=\frac{dq(t)}{dt}$

что является функцией времени $t$ , с $q(t)$ обозначает мгновенный заряд.

постоянный ток $i(t)$ записывается как $I$ , а векторная плотность тока в амперах/м $^2$ определяется как $\vec J$ ."

Надеюсь это поможет.

Написание формулы ничего не добавляет к пониманию.
@ Peter-ReinstateMonica Я с уважением не согласен. ОП запросил определение, отвечающее его вопросу о том, является ли ток просто «количеством заряда» или просто «потоком заряда». Это определение с формулой показывает, что это скорость переноса заряда по поверхности.

насу · Answer 3

Ваша путаница в терминах связана с использованием терминов на английском языке. Существует явление заряда, протекающего по проводу, и физическая величина, которая используется для измерения этого потока. Это два разных объекта, и их можно назвать двумя разными словами. Это делается на французском, итальянском, румынском и, возможно, на других языках, которых я не знаю. Таким образом, явление представляет собой «электрический ток», а величина, представляющая скорость потока заряда, представляет собой «интенсивность электрического тока». Намек на это - обычная буква, используемая для обозначения «I», а не «C» (от текущего). «Интенсивность тока» можно сократить до «тока», что может привести к путанице с термином, используемым для обозначения явления. В английском языке это настолько распространено, что даже в учебниках по физике количество называется «текущим», хотя имеется в виду сила тока. На румынском языке, например, я узнал о «силе тока» в школе, и именно так мы называли это в классе, но люди в электротехнической промышленности и торговле также называют это «током» или даже эквивалентом силы тока, как и в английском, мы используем напряжение для разности потенциалов. Во французских и итальянских текстах по физике я вижу, что они также используют эквивалент «интенсивности тока», поэтому, я полагаю, здесь меньше путаницы, чем в английском. в школе, и это то, как мы называли это в классе, но люди в электротехнической промышленности и торговле также называют это «ток» или даже эквивалент силы тока, например, в английском языке мы используем напряжение для разности потенциалов. Во французских и итальянских текстах по физике я вижу, что они также используют эквивалент «интенсивности тока», поэтому, я полагаю, здесь меньше путаницы, чем в английском. в школе, и это то, как мы называли это в классе, но люди в электротехнической промышленности и торговле также называют это «ток» или даже эквивалент силы тока, например, в английском языке мы используем напряжение для разности потенциалов. Во французских и итальянских текстах по физике я вижу, что они также используют эквивалент «интенсивности тока», поэтому, я полагаю, здесь меньше путаницы, чем в английском.

Интересное наблюдение. В немецком языке во многих случаях мы используем слово для свойства (ток, расстояние, масса и т. д.), а также для количества этого свойства. Английский и немецкий достаточно похожи, поэтому я могу придерживаться английского здесь, примеры работают 1: 1 на немецком языке: «Каков ток, расстояние, масса, сила?». Как это часто бывает с носителями языка, я нахожу это совершенно нормальным, но для других вещей это совершенно невозможно: «Что такое свет, деньги, звук, масло» не имеет смысла или означает что-то другое. Мы должны спросить: «Какова сумма (или иногда уровень) x».
Я спрашивал про немецкий. Когда я сказал, что это что-то специфичное для английского языка, я имел в виду языки, которые я понимаю более или менее. Немецкий в моем списке языков, которые я хочу выучить, но еще не успел. Спасибо за ваш комментарий.

Джейсборн · Answer 4

Bob D и SomeUser, соответственно, объяснили, что ток — это движение заряда в единицу времени.

я "=" \frac{\partial {Вопрос}_{Ом}}{\partial т},

$I = \frac{\partial Q_\Omega}{\partial t},$ и интеграл плотности тока по площади поперечного сечения,

я "=" \int_{\partial Ом} г С \cdot Дж .

$I = \int_{\partial\Omega} \text{d}\mathbf{S} \cdot \mathbf{J}.$ Добавлю, что эти две величины совпадают из-за сохранения заряда . Действительно, стандартными рассуждениями (см. Гриффитс, Электродинамика) можно записать следующее уравнение

\frac{\partial р}{\partial т} + \nabla \cdot Дж "=" 0. (*)

$\frac{\partial \rho}{\partial t} + \nabla\cdot \mathbf{J} = 0.\qquad\qquad(*)$ Первый член описывает изменение плотности заряда во времени в некоторой области

Ω

$\Omega$ , а второй описывает направленный наружу поток плотности тока в той же области. Действительно, мы видим приведенные выше величины после интегрирования по региону.

Ω

$\Omega$ ,

\int г В \frac{\partial р}{\partial т} "=" \frac{\partial Вопрос}{\partial т}, и \int_{Ом} г В \nabla \cdot Дж "=" \int_{\partial Ом} г С \cdot Дж,

$\int \text{d}V ~\frac{\partial \rho}{\partial t} = \frac{\partial Q}{\partial t}, \quad\text{and} \quad \int_\Omega \text{d}V~ \nabla \cdot \mathbf{J} = \int_{\partial\Omega}\text{d}\mathbf{S}\cdot \mathbf{J},$ где мы использовали теорему о расходимости для второго равенства.

Поскольку плотность заряда и плотность тока, вообще говоря, не сохраняются по отдельности, мы можем определить новую величину, называемую четырехтоком, которая сохраняется по уравнению $(*)$ :

{Дж}^{мю} "=" (р, Дж), \partial_{мю} {Дж}^{мю} "=" \frac{\partial р}{\partial т} + \nabla \cdot Дж "=" 0.

$J^\mu = (\rho, \mathbf{J}),\qquad \partial_\mu J^\mu = \frac{\partial \rho}{\partial t} + \nabla \cdot \mathbf{J} = 0.$ Заявление

\partial_{μ} J^{μ} = 0

$\partial_\mu J^\mu= 0$ эквивалентно сохранению заряда. Подробнее см . здесь .

Лосми247 · Answer 5

Электрический ток $I$ через поперечное сечение проводника:

\underset{Δ т \to 0}{лим} \frac{Δ д}{Δ т}

$\lim_{\Delta t \to 0} \frac{\Delta q}{\Delta t}$ где

Δ q

$\Delta q$ это количество заряда, прошедшего через это поперечное сечение за период времени длины

Δ t

$\Delta t$ .

Следовательно, это скалярная величина.

В противном случае, если площадь поперечного сечения $S$ , количество заряда на единицу объема проводника равно $n=\frac{N}{V}$ ( $N$ количество заряженных частиц в объеме $V$ ) и $v_d$ средняя скорость дрейфа в направлении электрического поля, затем количество заряда, прошедшего через это поперечное сечение за время $\Delta t$ является $\Delta q=q_0 \times n \times S \times v_d \times \Delta t$ ( $q_0$ элементарный заряд отдельной частицы).

Это связано с тем, что весь заряд, прошедший за это время, находится внутри цилиндра высотой $v_d \Delta t$ и объем $V=Sv_d \Delta t$ который содержит именно $\Delta N=nV=nSv_d \Delta t$ заряженные частицы.

Отсюда текущий $I_S$ через это сечение будет

\underset{Δ т \to 0}{лим} \frac{Δ д}{Δ т} "=" \underset{Δ т \to 0}{лим} \frac{д_{0} н С в_{г} Δ т}{Δ т} "=" \underset{Δ т \to 0}{лим} д_{0} н С в_{г} "=" д_{0} н С в_{г}

$\lim_{\Delta t \to 0} \frac{\Delta q}{\Delta t}=\lim_{\Delta t \to 0} \frac{q_0nSv_d \Delta t}{\Delta t}=\lim_{\Delta t \to 0} q_0nSv_d=q_0nSv_d$ .

В целом, это скалярная величина, описывающая количество заряда, протекающего через поверхность в течение определенного периода времени. Его единицы $\frac{Coulombs}{second} \equiv Amperes$ .

SomeUser · Answer 6

Я предпочитаю определять это как

я "=" \iint_{С} Дж \cdot г С

$\begin{equation} I = \iint_{S} \mathbf{J} \cdot \, d\mathbf{S} \end{equation}$

который можно переписать как

\begin{aligned} я & "=" \frac{\iint_{С} р в г т \cdot г С}{г т} \end{aligned}

$\begin{align} I &= \frac{\iint_{S} \rho \mathbf{v} dt \cdot \, d\mathbf{S}}{dt} \\ \end{align}$ Плотность заряда интегрируется по поверхности и некоторой толщине, заданной скоростью (фактически, просто скоростью в направлении, перпендикулярном

S

$S$ ) зарядов: если заряды движутся быстрее, другие заряды достигнут поверхности за то же время

d t

$dt$ . Вы можете видеть, что единицы совпадают.

\begin{aligned} "=" \frac{\iint_{С} р г р \cdot г С}{г т} \\ "=" \frac{\iint_{С} р г р_{⊥} г С}{г т} \end{aligned}

$\begin{align} &= \frac{\iint_{S} \rho d\mathbf{r} \cdot \, d\mathbf{S}}{dt} \\ &= \frac{\iint_{S} \rho \,dr_{\perp} \,dS}{dt} \\ \end{align}$ По сути, числитель — это общее количество заряда, которое пройдет через

S

$S$ в

d t

$dt$ . Таким образом, мы можем написать это

d q

$dq$ .

я "=" \frac{г д}{г т}

$\begin{equation} I = \frac{dq}{dt} \end{equation}$

Это не намерено быть «доказательством» или подобным. Я просто хотел указать, что обе концепции эквивалентны. Лично я познакомился с этой концепцией наоборот.

Определение электрического тока

Маруан Элалама

Квантовый осциллятор

Соломон Слоу

Оскар Браво

Ответы (6)

Билл Уоттс

Эрик Тауэрс

Билл Уоттс

Эрик Тауэрс

Билл Уоттс

Эрик Тауэрс

Боб Д

Питер - Восстановить Монику

Боб Д

насу

Питер - Восстановить Монику

насу

Джейсборн

Лосми247

SomeUser

Если электрон отталкивается от другого электрона, как мы получаем электрический ток?

Почему электроны повторяют форму проводника?

Электрон в проводе тоже движется из-за разности потенциалов?

Какая сила перемещает электроны по проводнику, вращающемуся в магнитном поле [закрыто]

Почему сила тока в цепи остается неизменной?

Прохождение тока в разомкнутой цепи

Некоторые вопросы, связанные с цепями и потоком электронов

Как протекает ток перпендикулярно проводу?

Каково микроскопическое объяснение того, почему в цепи с меньшим сопротивлением больше мощности?

Закон Ома и идеальный вольтметр