Как рассчитать плотность тока?
Электричество стало неотъемлемой частью нашей современной жизни. Нам нужно электричество, чтобы освещать темную комнату и управлять всеми нашими приборами, такими как вентиляторы, миксеры, кондиционеры, телевизоры и т. д. На самом деле мы не можем представить мир без электричества. Электричество называют формой энергии, возникающей из-за потока электронов. Есть два вида электричества, а именно статическое электричество и электричество тока. Поскольку использование электроэнергии в настоящее время увеличивается, она производится в больших количествах и хранится. Ток определяется как скорость потока заряда от отрицательных точек к положительным точкам в электрической цепи. Измеряется в амперах (А) и обозначается буквой (I). Существует два вида тока, а именно, переменный ток и постоянный ток.
Плотность тока
В физике плотность тока или плотность электрического тока связана с электромагнетизмом и определяется как мера тока, протекающего через единицу площади поперечного сечения. Электрический ток (I) — это макроскопическая величина, и мы определяем соответствующую микроскопическую величину, называемую плотностью тока. Плотность тока имеет как величину, так и направление, поскольку это векторная величина. В случае постоянного тока ток протекает равномерно по всему проводнику, даже если площадь поперечного сечения различается. С помощью плотности тока мы можем рассчитать количество тока, протекающего в заданном участке проводника. Он обозначается буквой «Дж», а единицей измерения в системе СИ является А/м 2 .
Рассмотрим проводящий провод и подключим оба конца провода к батарее. Теперь будет создаваться электрическое поле, которое приводит к потоку электронов через проводник. Теперь, если σ - электропроводность проводящего провода, то плотность тока прямо пропорциональна напряженности электрического поля.
Current density (J) = σ E
Where σ is the electrical conductivity,
E is the electric field.
Формула для плотности тока задается как,
Current density (J) = I/A
Where “I” is the current flowing the conductor,
“A” is the cross-sectional area of the conductor.
Размерная формула плотности тока M 0 L -2 T 0 I 1 , где M — масса, L — длина, T — время, I — ток.
Решенные проблемы
Задача 1. Рассчитайте плотность тока, если по медному проводу площадью поперечного сечения 20 м 2 протекает ток силой 60 А.
Решение:
Given data,
Current flowing through the wire (I) = 60 A
The cross-sectional area of the wire (A) = 20 m2
We know that,
Current density (J) = I/A
J = (60)/(20)
J = 3 A/m2
Hence, the current density is 3 A/m2.
Задача 2. Определить плотность тока, если по медному проводу диаметром 3 мм протекает ток силой 5А.
Решение:
Given data,
Current flowing through the wire (I) = 5A
Diameter of the wire = 3mm
⇒ Radius = 3/2 = 1.5 mm = 0.0015 m
Area of the cross-section of the wire = πr2
A = 3.14 × (0.0015)2
A = 0.000007065 m2
We know that,
Current density (J) = I/A
J = 5/0.000007065
J = 7.07 × 105 A/m2
Thus, the current density is 7.07 × 105 A/m2.
Задача 3. Найти силу тока, протекающего по металлической проволоке, если площадь ее поперечного сечения 15 м 2 , а плотность тока 5 А/м 2 .
Решение:
Given data,
Cross-sectional area (A) = 15 m2
Current density (J) = 5 A/m2
We know that,
Current density (J) = I/A
5 = I/15
I= 5 × 15 = 75 A
Hence, the current flowing through the wire is 75 A.
Задача 4. Найдите площадь поперечного сечения провода, если по проводу течет ток 4 мА и плотность тока 0,25 А/м 2 .
Решение:
Given data,
Current flowing the wire (I) = 4 mA = 0.004 A
Current density (J) = 0.25 A/m2
We know that,
Current density (J) = I/A
0.25 = 0.004/A
A = 0.004/0.25
A = 0.016 m2 = 16 mm2
Hence, the cross-sectional area of the wire is 16 mm2.
Задача 5. Определить плотность тока, если по проводнику с площадью поперечного сечения 17 м 2 протекает ток силой 85 А.
Решение:
Given data,
Current flowing through the wire (I) = 85 A
The cross-sectional area of the wire (A) = 17 m2
We know that,
Current density (J) = I/A
J = 85/17
J = 5 A/m2
Therefore, the current density is 5 A/m2.
Проблема 6: Каково определение плотности тока и ее единица измерения в системе СИ?
Решение:
In physics, current density, or the electric current density, is defined as the measure of current flowing through a unit value of the area of the cross-section. It is represented by the letter “J” and its S.I unit is ampere per square meters (A/m2).