Διαστατικός τύπος πυκνότητας ρεύματος

Στον ηλεκτρομαγνητισμό, η πυκνότητα ρεύματος ορίζεται ως το ηλεκτρικό ρεύμα που διέρχεται από μια ουσία ανά μονάδα χρόνου σε μια περιοχή διατομής. Είναι ένα διανυσματικό μέγεθος, που σημαίνει ότι έχει και μέγεθος και κατεύθυνση. Επηρεάζει την ισχύ που παράγεται από ηλεκτρονικές συσκευές. Η μονάδα που μπορούμε να μετρήσουμε την πυκνότητα ρεύματος είναι αμπέρ ανά τετραγωνικό μέτρο.

Πυκνότητα ρεύματος και ταχύτητα μετατόπισης

Η πυκνότητα ρεύματος είναι η ποσότητα φορτίου ανά μονάδα χρόνου που ρέει σε μια μονάδα διατομής ενός αγώγιμου υλικού. Η σχέση μεταξύ πυκνότητας ρεύματος και ταχύτητας μετατόπισης επισημοποιείται ως εξής:

J =I/A.

Εδώ, το «J» είναι η πυκνότητα ρεύματος.

Γνωρίζουμε ότι η ταχύτητα μετατόπισης υπολογίζεται με τον τύπο:

I =nAvdQ 

όπου,

Το «I» είναι το φορτίο που διέρχεται από ένα αγώγιμο υλικό,

«n» είναι ο συνολικός αριθμός φορτισμένων σωματιδίων ή ηλεκτρονίων,

Το 'A' είναι η περιοχή διατομής του υλικού,

«vd» είναι η ταχύτητα μετατόπισης των φορτισμένων σωματιδίων στο υλικό και

Το "Q" είναι το φορτίο ηλεκτρονίων σε Coulombs.

Έτσι, αντικαθιστώντας τις τιμές για το «I» σε πυκνότητα ρεύματος, έχουμε το ακόλουθο αποτέλεσμα:

J =nvdQ.

Με άλλα λόγια, η ταχύτητα μετατόπισης είναι ευθέως ανάλογη με την πυκνότητα ρεύματος των φορτισμένων σωματιδίων. Επιπλέον, η ταχύτητα αυξάνεται με την αύξηση της δύναμης του ηλεκτρικού πεδίου, με αποτέλεσμα μια σημαντική αύξηση στην ποσότητα του ρεύματος που διέρχεται από το αγώγιμο υλικό.

Διαστατικός τύπος πυκνότητας ρεύματος

Ο τύπος της πυκνότητας ρεύματος δίνεται από το j =φορτίο * (εμβαδόν * χρόνος-1) 

Γνωρίζουμε ότι, χρέωση =τρέχουσα * ώρα

Άρα, χρέωση =[M0L0I1T1] , Περιοχή =[M0L2T0] και χρόνος =[M0L0T-1] 

Προσθέτοντας όλους αυτούς τους τύπους διαστάσεων στην τρέχουσα πυκνότητα παίρνουμε,

j =  [M0L0I1T1] * [M0L2T0] * [M0L2T-1]-1

=[M0L-2T0I1]

Εδώ, M =μάζα, L =μήκος, T =χρόνος και I =ρεύμα

Επομένως, ο τύπος διαστάσεων της πυκνότητας ρεύματος δίνεται από  [M0L-2T0I1]

Διαστατικός τύπος σημασίας πυκνότητας ρεύματος:

• Ο τύπος διαστάσεων της πυκνότητας ρεύματος μας βοηθά να κατανοήσουμε τη φυσική ορθότητα οποιασδήποτε εξίσωσης που περιλαμβάνει δύναμη.
• Μας βοηθά να κατανοήσουμε τη σχέση μεταξύ διαφορετικών φυσικών μεγεθών που περιλαμβάνουν πυκνότητα ρεύματος.
• Μας βοηθά στη μετατροπή μονάδων από μια φυσική ποσότητα σε άλλη.
• Σε οποιαδήποτε σχέση, αυτή η ανάλυση μπορεί να βρει τις σταθερές διαστάσεις.

Η φόρμουλα για την ταχύτητα μετατόπισης

Καθαρή Ταχύτητα Ηλεκτρονίου:Τα ηλεκτρόνια που παραμένουν παρόντα στους αγωγούς συνήθως κινούνται τυχαία χωρίς καμία σωστή κατεύθυνση, με αποτέλεσμα τις συγκρούσεις. Η ροή του ρεύματος μπορεί να συμβεί όταν δεν συγκρούονται και κινούνται συστηματικά προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Ωστόσο, μόλις χτυπήσουν, η καθαρή ταχύτητα των ηλεκτρονίων θα έχει το ίδιο.

Για παράδειγμα, θεωρήστε την πρώτη σύγκρουση ηλεκτρονίων ως T1, και στη συνέχεια το δεύτερο σύνολο ηλεκτρονίων T2 θα κάνει το ίδιο και θα συνεχίσει. Εκτός από αυτό, εάν θεωρήσετε ότι η συνολική καθαρή ταχύτητα των ηλεκτρονίων είναι n που περιλαμβάνει T1 – Tn, τότε ο τύπος για την ταχύτητα μετατόπισης σε σχέση με τον χρόνο χαλάρωσης είναι  (T) =(T1+T2+…Tn)/n

Επίσης, γνωρίζουμε ότι V =U + aT

Έτσι, παίρνουμε ότι το 'V' αντιπροσωπεύει την Καθαρή ταχύτητα των ηλεκτρονίων,

Το "U" είναι για την αρχική ταχύτητα,

Το "a" είναι για την Επιτάχυνση και, τέλος, 

Το «Τ» είναι ο Χρόνος.

Ομοίως, V =aT και η επιτάχυνση είναι a =F/m =-qE/m 

Τότε η Ταχύτητα Μετατόπισης =  Vd =– qEmT

Ωστόσο, ένας άλλος τύπος για την ταχύτητα μετατόπισης παρέχει τη σχέση μεταξύ του ρεύματος και της ταχύτητας μετατόπισης, συμπεριλαμβανομένου του I =  nAvq.

Τύπος διαστάσεων

Οι διαστάσεις της φυσικής ποσότητας είναι οι δυνάμεις στις οποίες ανυψώνονται οι βασικές ποσότητες για να αντιπροσωπεύουν αυτό το ποσό. Ο τύπος διαστάσεων οποιουδήποτε φυσικού μεγέθους είναι μια εξίσωση που εξηγεί πώς και ποιες από τις βασικές ποσότητες περιέχονται σε αυτή την ποσότητα. Γράφεται περικλείοντας τα σύμβολα που αντιπροσωπεύουν τα βασικά ποσά σε αγκύλες με την αντίστοιχη ισχύ, δηλαδή [].

Π.χ.:ο τύπος διάστασης της μετατόπισης είναι:[L]

Μια εξίσωση διαστάσεων προκύπτει εξισώνοντας ένα φυσικό μέγεθος με τον τύπο διαστάσεων του που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της εξίσωσης διαστάσεων οποιουδήποτε φυσικού μεγέθους.

Σημασία της τρέχουσας πυκνότητας

Η πυκνότητα ρεύματος παίζει σημαντικό ρόλο στο σχεδιασμό διαφορετικών ηλεκτρονικών και ηλεκτρικών συσκευών. Πολλές περίπλοκες κατανομές όσον αφορά το ρεύμα, τη φόρτιση μπορούν να γίνουν κατανοητές μέσω της πυκνότητας ρεύματος εξισώσεις, και επηρεάζει επίσης τις τιμές αντίδρασης και αντίστασης.

Συμπέρασμα

Πυκνότητα ρεύματος είναι ένας ευρέως χρησιμοποιούμενος όρος στον ηλεκτρομαγνητισμό και μπορεί να οριστεί ως η ποσότητα ηλεκτρικού ρεύματος σε μονάδα χρόνου σε μια περιοχή διατομής ενός υλικού. Χρησιμοποιείται στο σχεδιασμό ηλεκτρονικού και ηλεκτρικού εξοπλισμού, επηρεάζοντας την ισχύ που παράγεται σε μια συσκευή. Η μονάδα μέτρησής του είναι αμπέρ ανά τετραγωνικό μέτρο και ο τύπος διαστάσεων του δίνεται από το [M0L-2T0I1].