Преобразуване на ампер на метър A
Преобразувател на мерни единици Преобразуване на ампер/метър [A/m] ампер/сантиметър [A/cm]
Микрофони и техните спецификации
Зарядите, поставени в електростатично поле с потенциална разлика, се привеждат в движение. Това движение се нарича електрически ток, който се определя като насочено (подредено) движение на заредени частици през всяко напречно сечение на проводяща среда. Величината на този ток зависи от съпротивлението на проводящата среда към това движение на заряди, което от своя страна зависи от напречното сечение на проводника.
Трябва да се отбележи, че в електротехниката основните физически величини, тоест единицата за измерване на силата на ампера на електрическия ток и единицата за измерване на електрическия заряд на кулона често са свързани помежду си с помощта на мерната единица - броячът. И това не е случайно. Зарядът, който протича през напречното сечение на проводимата среда, често се разпределя неравномерно. Следователно би било съвсем естествено да се определи потокът от заредени частици през единично сечение или единична дължина, с други думи, за да се определи плътността на тока. В тази статия ще сравним електрическия ток и плътността на тока, а също така ще разгледаме значението на постигането, поддържането и измерването на необходимата плътност на тока в различни области на електрическото и електронното инженерство.
Дефиниции
Електричество
Електрически ток I се определя като насочено движение на електрически заряди по линия (например тънък проводник), над повърхност (например над лист проводящ материал) или в обем (например в електронен или газоразряд лампа). В SI единицата за измерване на електрически ток е ампер, дефинирана като поток на електрически заряди през напречното сечение на проводник със скорост от един кулон в секунда.
Насипна плътност на тока
Плътност на тока (наричана още обемна плътност на тока) е векторно поле в триизмерно проводящо пространство. Във всяка точка на такова пространство плътността на тока е общият поток от електрически заряди за единица време, преминаващ през единично напречно сечение. Насипната плътност се обозначава с векторния символ J. Ако разгледаме обичайния случай на проводник с ток, тогава токът в ампери се разделя на напречното сечение на проводника. В SI обемната плътност на тока се измерва в ампери на квадратен метър (A/m²).
Например, ако ток от 50 ампера протича през мощна шина на електрическа подстанция с напречно сечение 3 x 33,3 mm = 100 mm² = 0,0001 m², тогава плътността на тока в такъв проводник ще бъде 500 000 A/m².
Линейна плътност на тока
Понякога в електронните устройства токът протича през много тънък метален филм или тънък слой метал, който има променлива дебелина. В такива случаи изследователите и дизайнерите се интересуват само от ширината, а не от общото напречно сечение на толкова много тънки проводници. В този случай те измерват линейна плътност на тока Е векторно количество, равно на границата на произведението на плътността на тока на проводимост, протичащ в тънък слой близо до повърхността на тялото от дебелината на този слой, когато последният клони към нула (това е определението съгласно ГОСТ 19880 -74). В Международната система от единици (SI) линейната плътност на тока се измерва в ампери на метър, а в системата CGS в ерстедите. 1 ерстед е равен на силата на магнитното поле във вакуум при индукция от 1 гаус. В противен случай линейната плътност на тока се определя като ток на единица дължина в посоката, перпендикулярна на тока.
Например, ако ток от 100 mA тече в тънък проводник с ширина 1 mm, тогава линейната плътност на тока е 0,0001 A: 0,001 m = 10 ампера на метър (A/m). Линейната плътност на тока се обозначава с векторния символ И.
Плътност на повърхностния ток
Линейната плътност на тока е тясно свързана с концепцията плътност на повърхностния ток, което се определя като силата на електрическия ток, протичащ през напречното сечение на проводяща среда с единична площ и се обозначава с векторния символ К. Подобно на линейната плътност на тока, плътността на повърхностния ток също е векторна величина, чийто модул е електрическият ток през напречното сечение на проводящата среда на дадено място и посоката е перпендикулярна на площта на напречното сечение на Диригентът. Такава проводяща среда може да бъде например тоководещ проводник, електролит или йонизиран газ. В SI, плътността на тока се измерва в ампери на квадратен метър.
Вектор или скалар?
Имайте предвид, че за разлика от векторната плътност на тока, самият ток е скаларна величина. Това може да се обясни с факта, че токът се определя като броят на зарядите, движещи се за единица време; следователно би било неподходящо да се добави посока към стойността, представляваща количеството за единица време. В същото време плътността на тока се разглежда в обем с много напречни сечения, през които преминава токът, така че има смисъл да се определи плътността на тока като вектор или като векторно пространство. Също така може да се отбележи, че плътността на тока е вектор поради факта, че това е произведение на плътността на заряда и скоростта на неговото движение навсякъде в космоса.
Плътност на тока в електротехниката и електрониката
Високата линейна плътност на тока в проводниците води до неприятни последици. Всички проводници на електрически ток имат ограничено съпротивление, поради което при протичане на тока те се нагряват и разсейват енергията под формата на топлина. В тази връзка плътността на тока трябва да се поддържа ниска, така че проводникът по време на работа да не се нагрява над допустимата температура и освен това да не се топи. Прегряването може да доведе до разрушаване на изолацията или промени в електрическите свойства, например, поради образуването на оксиден слой. Този оксиден слой намалява напречното сечение на проводника, което от своя страна води до още по-голямо увеличаване на плътността на тока през проводника.