Prąd elektryczny

23.Jak definiujemy natężenie prądu w przewodniku? Jaki jest przyjmowany umowny kierunek prądu?

Założenia:

Prąd płynie przez przewodnik o przekroju A

W jednostce objętości znajduje się nnośników ładunku

Na długości przewodnika ∆xznajduje się całkowity ładunek:

∆ Q =n A ∆ x q

Ładunek porusza się z efektywną prędkością dryfową v_d

∆ x =v_d∆ t to natężenie prądumożemy określić: I = $\frac{\text{\ Q}}{\text{\ t\ }}$ =nqv_dA

Umowny kierunek prądu – z plusa do minusa

24.Od jakich parametrów zależy natężenie prądu w przewodniku?

I = $\frac{\text{\ Q}}{\text{\ t\ }}$ =nqv_dA
od n nośników ładunk,
q – wartości ładunku
A- pola przekroju przewodnika
V_d - prędkości dryfowej

25.Co to jest prędkość dryfowa nośników ładunku w przewodniku? Czy zależy ona od natężenia pola

elektrycznego przyłożonego wewnątrz przewodnika?
$\frac{\text{\ x}}{\text{\ t\ \ \ }}$=v_d ∆ x =$\ \frac{\text{\ Q}}{\text{n\ A\ q}}$ $\frac{\text{\ Q}}{\text{n\ A\ q}\text{\ t}}$ =v_d I = $\frac{\text{\ Q}}{\text{\ t\ }}$ zależy.
V_d średnia prędkość jaką uzyskuje cząstka (elektron, dziura, jon, itp.) w materiale pod wpływem pola elektrycznego

26.Jak definiujemy wektor gęstości prądu? Czym różni się on o natężenia prądu? Jaką ma jednostkę?

gęstość prądu elektrycznego J w przewodniku Określamy ją wtedy gdy chcemy określić przepływ ładunku lokalnie przez określoną powierzchnię.

Wielkość J jest wektorem!Jego kierunek wyznacza kierunek

ruchu nośników ładunku (ładunków dodatnich)
Jeśli przez przewodnik przechodzi pole elektryczne Eto w danym

punkcie tego przewodnika przepływa prąd o gęstości prądu

elektrycznego J

27.Czy wektor gęstości prądu ma ten sam kierunek co natężenie pola elektrycznego w przewodniku? Jak sformułowane jest prawo Ohma w tym przypadku?

Ten sam kierunek

Ta zależność jest tzw.Prawem Ohma:

Dla wielu materiałów gęstość prądu rośnie proporcjonalnie do przyłożonego

natężenia pola elektrycznego (stała proporcjonalności to przewodność σ )

28.Od jakich parametrów zależy wektor gęstości prądu?

$\overrightarrow{J}$=n q μ $\overrightarrow{\text{Vd}}$ $\overrightarrow{E}$ ruchliwością nośników ładunku

29.Podaj dwie definicje prawa Ohma.

Ta zależność jest tzw.Prawem Ohma:

Dla wielu materiałów gęstość prądu rośnie proporcjonalnie do przyłożonego

natężenia pola elektrycznego (stała proporcjonalności to przewodność σ )

Jeśli na długości ∆xprzewodnika obserwujemy spadek napięcia ∆V, gdy przez przewodnik płynie prąd I wówczas Prawo Ohma przyjmuje bardziej znaną postać:

30.Co to jest przewodność elektryczna i od jakich parametrów przewodnika zależy? Jakie ma jednostki?

[ 1/(Ωm)] Wielkością charakteryzującą przewodnictwo elektryczne materiału jest przewodność elektryczna σ. Ze względu na duże różnice wartości przewodności elektrycznej wszystkie ciała można umownie podzielić na:

przewodniki (metale), półprzewodniki, izolatory
Przewodność elektryczna zależy od koncentracji nośników prądu i ich ruchliwości

Czynnikiem wpływającym na przewodność elektryczną wszystkich ciał jest temperatura. Zmiana temperatury może spowodować zmianę zarówno koncentracji, jak i ruchliwości nośników ładunku elektrycznego.

31.Co to jest ruchliwość nośników ładunku, od czego zależy? Jakie są jednostki ruchliwości?

Definicja: stosunek prędkości dryfowej do

natężenia pola elektrycznego nazywamy

ruchliwością nośników ładunku $\mu = \frac{\text{Vd}}{E}$  m²/Vs

32.Na podstawie modelu swobodnych elektronów przewodnictwa metali wyjaśnij dlaczego temperatura przewodnika wzrasta gdy prąd elektryczny rośnie.

Zewnętrzne pole elektryczne E modyfikuje chaotyczny ruch elektronów powodując ich stopniowe przemieszczanie się z prędkością dryfową v_d. Pole elektryczne przyspiesza elektrony, ale gdy nastąpi zderzenie część energii elektronu przekazywana jest sieci krystalicznej, na skutek tego temperatura przewodnika wzrasta (drgania sieci krystalicznej rosną, od nich zależy temperatura przewodnika)

33.Naszkicuj zależność oporności właściwej od temperatury dla metali ( i dla półprzewodników).

metalepółprzewodniki

34.Czy model swobodnych elektronów przewodnictwa metali dokładnie opisuje zależność oporności właściwej od temperatury czy jest tylko pewnym przybliżeniem? Dlaczego?

Wielkości e, n, m_e,τ nie zależą od pola E

Parametr τ zależy od temperatury – w klasycznej teorii gazów jest proporcjonalny do $\frac{1}{\sqrt{T}}$ σ ~ $\frac{1}{\sqrt{T}}$

Doświadczalnie σ jest proporcjonalne do temperatury 1/T σ ~ $\frac{1}{T}$
Tą nieścisłość wyjaśnia dopiero mechanika kwantowa, zatem klasyczny model gazu doskonałego jest niewystarczający

35.Sformułuj I i II prawo Kirchoffa dla obwodów elektrycznych.

I prawo Kirchoffa

●W dowolnym węźle algebraiczna suma prądów

musi być równa zeru

●(ma związek z zasadą zachowania ładunku)

II prawo Kirchoffa

●Algebraiczna suma zmian potencjału

napotkanych przy całkowitym obiegu obwodu

musi być równa zeru

●(ma związek z zasadą zachowania energii)