Tốc độ dòng điện
Dòng điện chảy theo một hướng, nhưng các điện tích đơn lẻ trong dòng chảy này không nhất thiết chuyển động thẳng theo dòng. Ví dụ như trong kim loại, electron chuyển động zigzag, va đập từ nguyên tử này sang nguyên tử kia; chỉ nhìn trên tổng thể mới thấy xu hướng chung là chúng bị dịch chuyển theo chiều của điện trường.
Tốc độ di chuyển vĩ mô của các điện tích có thể tìm được qua công thức: I=nAvQ với
I là cường độ dòng điện
n là số hạt tích điện trong một đơn vi thể tích
A là diện tích mặt cắt của dây dẫn điện
v là tốc độ di chuyển vĩ mô của các hạt tích điện.
Q là điện tích của một hạt tích điện.
Ví dụ, một dây đồng với diện tích mặt cắt bằng 0.5 mm2, mang dòng điện có cường độ 5 A, sẽ có dòng electron di động với tốc độ vĩ mô là vài millimét trên giây. Ví dụ khác, các electron chuyển động trong bóng hình của tivi theo đường gần thẳng với tốc độ cỡ 1/10 tốc độ ánh sáng.
Tốc độ di chuyển vĩ mô của dòng điện không nhất thiết phải là tốc độ truyền thông tin của nó. Tốc độ truyền thông tin của dòng điện trong dây đồng nhanh gần bằng tốc độ ánh sáng. Đó là do, theo lý thuyết điện động lực học lượng tử, các electron truyền tương tác với nhau thông qua photon, hạt chuyển động với vận tốc ánh sáng. Sự di chuyển, có thể là chậm chạp, của một electron ở một đầu dây, sẽ nhanh chóng được biết đến bởi một electron ở đầu dây kia, thông qua tương tác này. Điều này cũng giống như khi đầu tàu hỏa chuyển động với vận tốc nhỏ (ví dụ vài cm/s), gần như ngay lập tức toa cuối cùng của đoàn tàu cũng nhận được thông tin và chuyển động theo. Chuyển động tổng thể của đoàn tàu là chậm, nhưng thông tin lan truyền dọc theo đoàn tàu rất nhanh (vào cỡ tốc độ âm thanh lan truyền dọc theo tàu).
Mật độ dòng điện
Một cách tổng quát, mật độ dòng chảy bất kỳ là cường độ dòng qua đơn vị diện tích mặt cắt vuông góc với dòng đó, với dòng có thể là dòng điện, dòng nước,... Đối với dòng điện, mật độ dòng được gọi là mật độ dòng điện.
Cường độ dòng tổng quát liên hệ với mật độ dòng tổng quát trên một bề mặt bất kỳ qua công thức:
với
φ là cường độ dòng. Nếu dòng là dòng điện, nó đo bằng ampe
A diện tích mà dòng đi qua, đo bằng mét vuông
j là mật độ dòng. Nếu dòng là dòng điện, nó đo bằng A/m2
Cũng có thể biểu diễn mật độ dòng là:
với
n là số hạt mang dòng trong một đơn vị thể tích
x là điện tích hay khối lượng hay các tính chất khác đang quan tâm của hạt mang dòng
u là vận tốc chuyển động vĩ mô của dòng hạt
Mật độ dòng điện có ý nghĩa trong thiết kế mạch điện, trong điện tử học. Các thiết bị tiêu thụ điện thường bị nóng lên khi có dòng điện chạy qua, và chỉ hoạt động tốt dưới một mật độ dòng điện an toàn nào đấy; nếu không chúng sẽ bị nóng quá, chảy hoặc cháy. Ngay cả trong vật liệu siêu dẫn, nơi điện năng không bị chuyển hóa thành nhiệt năng, mật độ dòng điện lớn quá có thể tạo ra từ trường quá mạnh, phá hủy trạng thái siêu dẫn.
Các đơn vị điện từ trong SI
Tên
|
Ký hiệu
|
Thứ nguyên
|
Đại lượng đo
|
ămpe (đơn vị cơ bản của SI)
|
A
|
A
|
Dòng điện
|
culông
|
C
|
A·s
|
Điện tích, Điện lượng
|
vôn
|
V
|
J/C = kg·m2·s−3·A−1
|
Điện thế, Hiệu điện thế
|
ôm
|
Ω
|
V/A = kg·m2·s−3·A−2
|
Điện trở, Trở kháng, Điện kháng
|
ôm mét
|
Ω·m
|
kg·m3·s−3·A−2
|
Điện trở suất
|
fara
|
F
|
C/V = kg−1·m−2·A2·s4
|
Điện dung
|
fara trên mét
|
F/m
|
kg−1·m−3·A2·s4
|
Điện môi
|
fara nghịch đảo
|
1/F hay F−1
|
kg·m2·A−2·s−4
|
Elastance??
|
siêmen
|
S
|
Ω−1 = kg−1·m−2·s3·A2
|
Độ dẫn điện, Độ dẫn nạp
|
siêmen trên mét
|
S/m
|
kg−1·m−3·s3·A2
|
Suất dẫn điện
|
weber
|
Wb
|
V·s = kg·m2·s−2·A−1
|
Từ thông
|
tesla
|
T
|
Wb/m2 = kg·s−2·A−1
|
Mật độ từ thông
|
ămpe trên mét
|
A/m
|
A·m−1
|
Cảm ứng từ
|
ămpe trên weber
|
A/Wb
|
kg−1·m−2·s2·A2
|
Từ trở
|
henry
|
H
|
V·s/A = kg·m2·s−2·A−2
|
Tự cảm
|
henry trên mét
|
H/m
|
kg·m·s−2·A−2
|
Độ từ thẩm
|
(Phi thứ nguyên)
|
-
|
-
|
Cảm từ
|
Chia sẻ với bạn bè của bạn: |