ویکی‌پدیا

جریان الکتریکی: تفاوت میان نسخه‌ها

نمایش تاریخچه به صورت تعاملی
→ تفاوت قدیمی‌ترتفاوت جدیدتر ←
محتوای حذف‌شده محتوای افزوده‌شده
دیداریویکی‌متن
Duman Aras (بحث | مشارکت‌ها)
۶۴ ویرایش‌ها
جزبدون خلاصۀ ویرایش
خط ۱:
{{الکترومغناطیس}}
[[پرونده:Current Flow.svg|thumb]]
'''جریان الکتریکی''' به جاری شدن [[بار الکتریکی]] گفته می شود. در یک مدار الکتریکی این بار غالبا توسط الکترونهایی که در سیم حرکت می کنند حمل می شود. همچنین می تواند توسط [[یون|یونهایی]] در الکترولیت حمل شوند یا توسط هر دو عامل یون و الکترون مثلا در پلاسما حمل شوند.<ref>{{یادکرد کتاب|نشانی=https://books.google.com/books?id=3SsYctmvZkoC&pg=PA13|عنوان=The Electronics Companion|نام خانوادگی=Fischer-Cripps|نام=Anthony C.|تاریخ=2004-10-31|ناشر=CRC Press|شابک=9780750310123|زبان=en}}</ref>
{{تغییرمسیر|جریان}}
'''جریان الکتریکی''' یا '''جریان برق''' به صورت نرخ تغییر [[بار الکتریکی]] نسبت به [[زمان]] تعریف شده و با نماد I نشان داده می‌شود. این رابطه با مشتقات جزئی (کلی‌ترین حالت) به صورت زیر نشان داده می‌شود:
{{وسط|
<math>
I=\frac{\partial q}{\partial t}
</math>
</center>
در این رابطه، جریان می‌تواند نسبت به زمان تغییر کند. جریان الکتریکی برای تعریف شدن (یا اندازه‌گیری) باید از سطح معینی عبور کند (مثلاً از سطح مقطع یک رسانا) از این رو تابعی نقطه‌ای به شمار می‌آید. مقدارهای لحظه‌ای، متوسط و مؤثر برای جریان الکتریکی تعریف شده و به صورت ساده شده‌ای در سیم‌های رسانا قابل محاسبه‌اند.
 
در [[دستگاه بین‌المللی یکاها|دستگاه بین المللی یکاها]] واحد اندازه گیری مقدار جریان آمپر نام دارد که برابر است با میزان جاری شدن بار الکتریکی در یک سطح بر حسب [[کولن]] بر ثانیه. جریان الکتریکی توسط وسیله ای به نام آمپرمتر اندازه گیری می شود.<ref>{{یادکرد وب|نام خانوادگی=تبیان|نام=موسسه فرهنگی و اطلاع رسانی|تاریخ=2016-10-13|نشانی=http://www.tebyan.net/newindex.aspx?pid=97085|عنوان=آمپرمتر چیست؟|ناشر=سایت موسسه فرهنگی و اطلاع رسانی تبیان|بازبینی=2016-10-13}}</ref>
جهت قراردادی جریان از ابتدا در جهت عبور بارهای مثبت تعریف شده است. هرچند می‌دانیم که در صورت داشتن [[رسانا|رسانای]] فلزی، جریان الکتریسته، ناشی از عبور بارهای منفی، یعنی [[الکترون]]‌ها، (در خلاف جهت جریان) است.
 
جریان الکتریکی سبب ایجاد [[گرمایش مقاومتی]] یا ژول می شود که وظیفه اصلی تولید نور در [[لامپ رشته‌ای|لامپهای رشته ای]] را بر عهده دارد. آنها همچنین تولید میدان مغناطیسی می کنند که در موتورهای القایی ، ژنراتورها و ... استفاده می شود. ذراتی که بار الکتریکی را در یک جریان الکتریکی حمل می کنند [[حامل بار]] نامیده می شوند. در فلزات یک یا چند الکترون در هر اتم پیوند ضعیفی برقرار کرده اند که سبب می شود بتوانند به راحتی در فضای داخل فلز آزادانه حرکت کنند. این الکترونهای رسانا حاملین بار در فلزات هستند.
== وجه تسمیه ==
از نظر تاریخی نماد جریان I، از واژه فرانسوی intensité de courant که به معنی شدت جریان است، گرفته شده است.<ref>T. L. Lowe, John Rounce, ''Calculations for A-level Physics'', p. 2, Nelson Thornes, 2002 ISBN 0-7487-6748-7.</ref><ref>Howard M. Berlin, Frank C. Getz, ''Principles of Electronic Instrumentation and Measurement'', p. 37, Merrill Pub. Co. , 1988 ISBN 0-675-20449-6.</ref> این نماد برای نخستین بار توسط دانشمند فرانسوی، آندره ماری آمپر که واحد شدت جریان الکتریکی به نام اوست، به کار برده شد.<ref>{{پک|T. L. Lowe|John |2002|ک= Calculations for A-level Physics|ص=2|زبان=en}}</ref> واحد جریان الکتریکی در [[دستگاه SI]]، [[آمپر]] است. به همین علت بعضی اوقات جریان الکتریکی بطور غیررسمی و به دلیل همانندی با واژه ولتاژ، [[آمپراژ]] خوانده می‌شود.
 
== مشخصات جریان الکتریکی ==
[[پرونده: Stranded_lamp_wire.jpg|بندانگشتی|چپ|200px|یک سیم معمولی برای هدایت [[الکتریسیته]]، [[سیم]] [[مس|مسی]] به هم بافته شده است]]
 
'''شدت جریان الکتریکی'''، مقدار [[بار الکتریکی]] خالصی است که در واحد [[زمان]] از سطح مقطع خاصی از [[رسانا]] عبور می‌کند. شدت جریان در فرمول‌ها معمولاً با نماد I نمایش داده می‌شود.
 
شدت جریان یک [[کمیت اسکالر]]([[کمیت نرده‌ای|نرده‌ای]]) است زیرا از قوانین جمع برداری تبعیت نمی‌کند. (مثلاً در [[قوانین کیرشهف]] برای حلقه‌ها (KCL) زاویهٔ سیم‌ها نسبت به گره هیچ تأثیری در جواب مسئله ندارد)
 
اگر بار خالص dq در بازهٔ زمانی dt از سطحی بگذرد، می‌گوییم جریان i در مدار برقرار شده‌است و داریم:
 
{{وسط|<math>i=\frac{dq}{dt}</math>}}
 
یکای شدت جریان در سیستم [[SI]]، [[آمپر]] (A) است.
اگر یک [[کولن]] بار در مدت یک ثانیه از سطح مقطع یک جسم [[رسانا]] بگذرد، جریان یک آمپر از آن عبور کرده است.
 
== شدت جریان در نقاط گوناگون یک رسانا ==
شدت جریان در هر سطح مقطع از رسانا مقدار ثابتی است و بستگی به [[مساحت]] مقطع ندارد. مانند این که مقدار آبی که در هر سطح مقطع از لوله عبور می‌کند، همواره در واحد زمان همه جا مساوی است، حتی اگر سطح مقطع‌ها مختلف باشد. ثابت بودن جریان الکتریسیته از این امر ناشی می‌شود که بار الکتریکی در هادی حفظ می‌شود. در هیچ نقطه‌ای بار الکتریکی نمی‌تواند روی هم متراکم شود و یا از رسانا بیرون ریخته شود. به عبارت دیگر در هادی چشمه یا چاهی برای بار الکتریکی وجود ندارد.
 
== سرعت رانش ==
[[پرونده: Conventional_Current.png|بندانگشتی|چپ|300px|شکل بالا نماد کاری جریان قراردادی را نشان می‌دهد. بار الکتریکی از بخش مثبت به بخش منفی می‌رود]]
میدان الکتریکی که بر روی الکترون‌های هادی اثر می‌کند، هیچ گونه شتاب برآیندی ایجاد نمی‌کند. چون الکترون‌ها پیوسته با یون‌های هادی برخورد می‌کنند؛ لذا انرژی حاصل از شتاب الکترون‌ها به انرژی نوسانی شبکه تبدیل می‌شود و الکترون‌ها سرعت جریان متوسط ثابتی (سرعت رانش) در راستای خلاف جهت میدان الکتریکی به‌دست می‌آورند. پیوستگی جریان الکتریکی در مدارهای الکتریکی، [[قانون جریان کیرشهف]] نامیده می‌شود.
 
== اشکال مختلف جریان الکتریکی ==
در رساناهای فلزی، مانند سیم‌ها، جریان ناشی از عبور الکترون‌ها است، اما این امر در مورد اکثر رساناهای غیرفلزی صادق نیست. جریان الکتریکی در [[الکترولیت]]‌ها، عبور اتم‌های باردار شده به صورت الکتریکی (یون‌ها) است، که در هر دو نوع مثبت و منفی وجود دارند. برای مثال، یک [[پیل الکتروشیمیایی]] ممکن است با آب نمک (محلولی از کلرید سدیم) در یک طرف غشا و آب خالص در طرف دیگر ساخته شود. غشا به یون‌های مثبت سدیم اجازه عبور می‌دهد، اما به یون‌های منفی کلر این اجازه را نمی‌دهد؛ بنابراین یک جریان خالص ایجاد می‌شود.
 
[[پرونده: Electromagnetism.svg|بندانگشتی|چپ|200px|طبق قانون [[آمپر]]، جریان الکتریکی، [[میدان مغناطیسی]] تولید می‌کند]]
 
جریان الکتریکی در [[پلاسما (فیزیک)|پلاسما]] عبور الکترون‌ها، مانند یون‌های مثبت و منفی است. در آب یخ زده و در برخی از الکترولیت‌های جامد، عبور پروتون‌ها، جریان الکتریکی را ایجاد می‌کند. نمونه‌هایی هم وجود دارد که علی‌رغم اینکه در آن‌ها، الکترون‌ها بارهایی هستند که از نظر فیزیکی حرکت می‌کنند، اما تصور جریان مانند «حفره» های مثبت متحرک (نقاطی که برای خنثی شدن از نظر الکتریکی نیاز به یک الکترون دارند)، قابل فهم‌تر است. این شرایطی است که در یک [[نیم‌رسانای]] نوع p وجود دارد.
 
== اندازه‌گیری جریان الکتریکی ==
[[شدت جریان الکتریکی]] را می‌توان مستقیماً با [[گالوانومتر]] اندازه‌گیری کرد. اما این روش نیاز به قطع مدار دارد که گاهی مشکل یا نامطلوب است. جریان را می‌توان بدون قطع مدار و با اندازه‌گیری میدان مغناطیسی که جریان تولید می‌کند، محاسبه کرد. ابزارهای مورد نیاز برای این کار شامل [[حسگر]]های [[اثر هال]]، کلمپ گیره‌های جریان و سیم پیچهای روگووسکی است.
 
== چگالی جریان ==
جریان I مشخصه هر رسانای بخصوصی است و این جریان یک [[کمیت ماکروسکوپی]] مانند [[جرم]] یا [[حجم]] جسم است. کمیت میکروسکوپی مربوط، [[چگالی جریان]] J است. J یک [[کمیت برداری]] است و بیشتر مشخصه نقطه‌ای در داخل رسانا است تا تمامی آن. هر گاه جریان در سرتاسر رسانایی با سطح مقطع A به طور یکنواخت توزیع شده باشد، بزرگی [[چگالی جریان]] برای تمام نقاط واقع بر روی مقطع عبارت است از: J = I/A. چگالی جریان الکتریکی توسط قانون اهم به میدان الکتریکی مربوط می‌شود:
<center>
<math>
{J=\sigma E}
</math>
}}
 
== منابع ==
<references />
{{پانویس}}
* چنگ، دیوید کئون. ''الکترومغناطیس میدان و امواج''. ترجمهٔ پرویز جبه‌دار مارالانی و محمد قوامی. مؤسسه انتشارات و چاپ دانشگاه تهران. پاییز ۱۳۷۹. چاپ
 
برگرفته از «https://fa.wikipedia.org/wiki/جریان_الکتریکی»