123306

* Jednostki

Jednostką natężenie prądu jest amper (A); 1A lC/s.

Jeżeli natężenie prądu nie jest stałe to wyrażenie (21.1) określa średnie natężenie prądu, a natężenie chwilowe jest określone jako

(21.2)

Wielkością związaną z natężeniem prądu jest gęstość prądu.

Definicja

Gęstość prądu elektrycznego definiowana jest jako natężenie prądu na jednostkę powierzchni przekroju poprzecznego przewodnika.

I

J = ^    (213)

Gęstość prądu jest wektorem. Jego długość określa wzór (21.3), a kierunek i zwrot są zgodne z wektorem prędkości ładunków dodatnich. Zauważmy, że oprócz ‘ujemnych elektronów, które są nośnikami ładunku w metalach mamy do czynienia również z innymi nośnikami: w półprzewodnikach obok elektronów nośnikami są dziury (nośniki dodatnie), a w gazach i cieczach elektrony oraz jony dodatnie (kationy) i jony ujemne (aniony).

Za umowy kierunek prądu przyjmujemy kierunek ruchu ładunków dodatnich.

Jak już powiedzieliśmy wcześniej, w nieobecności zewnętrznego pola elektrycznego swobodne elektrony w metalu poruszają się chaotycznie we wszystkich kierunkach. Natomiast w zewnętrznym polu elektrycznym elektrony uzyskują średnią prędkość unoszenia ® v_u. Jeżeli n jest koncentracją elektronów to ilość ładunku Q jaka przepływ przez przewodnik o długości / i przekroju poprzecznym S w czasie t - l/v_u wynosi

(21.4)

Q = nlSe

gdzie iloczyn /Sjest objętością przewodnika. Natężenie prądu wynosi więc

nSle

l

= nSev_u

(21.5)

a gęstość prądu

y' =

s

= P^VU

(21.6)

gdzie p jest gęstością ładunku.

Przykład

Spróbujemy teraz obliczyć średnią prędkość unoszenia elektronów przewodnictwa (swobodnych) w drucie miedzianym o przekroju 1 mm², w którym płynie prąd natężeniu 1A. Masa atomowa miedzi p = 63.8 g/mol, a gęstość miedzi p_Co = 8.9 g/cm³.