Print Shortlink

ПЛОТНОСТЬ ТОКА.

ПЛОТНОСТЬ ТОКА.

            Из курса школьной физики известно, что количественно электрический ток, возможно, охарактеризовать при помощи двух величин: силы тока I и плотности тока J.

Под электрическим током принято понимать любое упорядоченное движение электрических зарядов, которое происходит в любой среде под действием электрического поля. Следовательно, для существования  электрического тока в любом веществе необходимо собственно наличие заряженных частиц, которые могут свободно перемещаться по проводнику под действием сил электрического поля. И наличие источника тока, который способен создавать и поддерживать в проводнике в течение заданного времени необходимое электрическое поле.

Плотность тока.

Рис.1. Плотность тока.

Сила тока I – является скалярной физической величиной, и определяется как отношение заряда ∆q, проходящего через поперечное сечение проводника за выделенный промежуток

времени ∆t, к этому промежутку времени.

I = ∆q / ∆t   ( 1 ),

Если со временем сила тока и его направление не меняются, то такой ток принято называть постоянным.

В СИ за единицу силы тока принят ( А ),  1 А – это сила такого неизменяющегося тока, который, проходя по двум бесконечно длинным параллельным прямолинейным проводникам бесконечно малого сечения, которые располагаются друг от друга на расстоянии в 1 м друг от друга в вакууме, вызывают силу взаимодействия между ними 2 * 10 -7 Н на каждый метр длины проводника.

Рассмотрим участок проводника длиной ∆l и сечением S. При n- концентрации частиц, в выделенном объёме проводника ∆l * S, и единичном заряде каждой частицы q0 , общий заряд получим:

∆q = q0 *  n * ∆l * S ( 2 ),

Положим, что средняя скорость упорядоченного движения свободных зарядов составляет ∂, то за интервал времени ∆t, все частицы выделенного объёма, пройдут через последнее сечение:

∆t = ∆l / ∂ ( 3 ),

Отсюда, сила тока

I = ∆q / ∆t   = ( q0 *  n * ∆l * S * ∂ ) / ∆l = q0 *  n * S * ∂  ( 4 ).

Из последней формулы видно, что сила тока в любом проводнике  зависит от величины единичного заряда, степени концентрации этих зарядов, средней скорости направленного движения частиц и площади поперечного сечения проводника.

Плотности тока J – является векторной физической величиной, имеющая смысл силы тока, протекающего через единицу площади, модуль которой определяется отношением силы тока I в проводнике, к площади поперечного сечения проводника S.

J = I / S  ( 5 ),

В СИ за единицу плотности тока принимают ( А / м2  ).

Подставляя, выражение ( 4 ) в ( 5 ) получим:

J = (q0 *  n * S * ∂ ) / S  = q0 *  n * ∂  ( 6 ).

Из последнего выражения видно, что направление вектора плотности тока J, совпадает с направлением вектора скорости упорядоченного движения положительно заряженных частиц ∂. Полагают, что плотность постоянного тока постоянна по всему поперечному сечению проводника.

На практике, зная номинальную плотность тока всегда возможно определить, выдержит ли используемый провод  предлагаемую нагрузку. Для этого используют как стандартные таблицы и формулы, но и  проверенный  опыт бывалых электриков. В любом случае, суть метода сводится к определению оптимального диаметра кабеля, который сам не нагревается, не расплавляет изоляцию и не становится причиной пожара.

Для того чтобы не потонуть в море таблиц и формул достаточно запомнить, что плотность тока в медном проводнике составляет  6 -10 А / мм2   ( причём длительная эксплуатация при токе 6 А,  это нормально и с запасом, а 10 А это предельно допустимый ток, пригоден только для кратковременной эксплуатации ).  Для алюминия плотность тока составляет 4 -6 А / мм2  . 

Превышение номинального значения плотности тока опасно.

Поделиться в соц. сетях

Опубликовать в Google Buzz
Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Одноклассники

Leave a Reply

Spam Protection by WP-SpamFree

мой твиттер