Elektrischer Strom ist ein Fluss der elektrischen Anklage durch ein Medium.

Diese Anklage wird normalerweise durch bewegende Elektronen in einem Leiter wie Leitung getragen. Es kann auch durch Ionen in einem Elektrolyt, oder sowohl durch Ionen als auch durch Elektronen in einem Plasma getragen werden.

Die SI-Einheit, für die Rate des Flusses der elektrischen Anklage zu messen, ist das Ampere, das Anklage ist, die durch eine Oberfläche im Verhältnis von einer Ampere-Sekunde pro Sekunde fließt. Elektrischer Strom wird mit einem Amperemeter gemessen.

Symbol

Das herkömmliche Symbol für den Strom ist, der vom französischen Ausdruck intensité de courant, oder in der englischen aktuellen Intensität hervorbringt. Dieser Ausdruck wird oft verwendet, wenn man den Wert eines elektrischen Stroms besonders in älteren Texten bespricht; moderne Praxis wird häufig kürzer das zur einfach aktuellen, aber aktuellen Intensität wird noch in vielen neuen Lehrbüchern verwendet. Das Symbol wurde von André-Marie Ampère verwendet, nach der die Einheit des elektrischen Stroms, in der Formulierung des Kraft-Gesetzes des namensgebenden Ampères genannt wird, das er 1820 entdeckt hat. Die Notation ist von Frankreich nach England gereist, wo es normal geworden ist, obwohl sich mindestens eine Zeitschrift davon nicht geändert hat, bis bis 1896 zu verwenden.

Leitungsmechanismen in verschiedenen Medien

In metallischen Festkörpern fließt elektrische Anklage mittels Elektronen, von tiefer bis höheres elektrisches Potenzial. In anderen Medien kann jeder Strom von beladenen Gegenständen (Ionen, zum Beispiel) einen elektrischen Strom einsetzen. Um eine Definition des Stroms zur Verfügung zu stellen, der des Typs von Anklage-Transportunternehmen unabhängig ist, die fließen, wird herkömmlicher Strom definiert, um in derselben Richtung wie positive Anklagen zu fließen. So in Metallen, wo die Anklage-Transportunternehmen (Elektronen) negative, herkömmliche aktuelle Flüsse in der entgegengesetzten Richtung als die Elektronen sind. In Leitern, wo die Anklage-Transportunternehmen positive, herkömmliche aktuelle Flüsse in derselben Richtung wie die Anklage-Transportunternehmen sind.

In einem Vakuum kann ein Balken von Ionen oder Elektronen gebildet werden. In anderen leitenden Materialien ist der elektrische Strom wegen des Flusses sowohl positiv als auch negativ beladene Partikeln zur gleichen Zeit. In noch anderen ist der Strom völlig wegen des positiven Anklage-Flusses. Zum Beispiel sind die elektrischen Ströme in Elektrolyten Flüsse positiv und negativ beladene Ionen. In einer allgemeinen leitungssauren elektrochemischen Zelle werden elektrische Ströme aus positiven Wasserstoffionen (Protone) zusammengesetzt, die in einer Richtung und negativen Sulfat-Ionen fließen, die im anderen fließen. Elektrische Ströme in Funken oder Plasma sind Flüsse von Elektronen sowie positiven und negativen Ionen. Im Eis und in bestimmten festen Elektrolyten wird der elektrische Strom aus fließenden Ionen völlig zusammengesetzt. In einem Halbleiter ist es manchmal nützlich, an den Strom als wegen des Flusses von positiven "Löchern" zu denken (die beweglichen positiven Anklage-Transportunternehmen, die Plätze sind, wo der Halbleiter-Kristall ein Wertigkeitselektron verpasst). Das ist in einem P-Typ-Halbleiter der Fall.

Metalle

Ein festes leitendes Metall enthält bewegliche oder freie Elektronen, in den Leitungselektronen entstehend. Diese Elektronen werden zum Metallgitter, aber zu nicht mehr einem individuellen Atom gebunden. Sogar ohne elektrisches angewandtes Außenfeld bewegen sich diese Elektronen zufällig wegen der Thermalenergie, aber durchschnittlich, es gibt Nullnettostrom innerhalb des Metalls. In Anbetracht einer Oberfläche, durch die eine Metallleitung, Elektronbewegung in beiden Richtungen über die Oberfläche an einer gleichen Rate geht. Weil George Gamow in seinem wissenschaftsverbreitenden Buch, Ein, Zwei, Drei gestellt hat... Unendlichkeit (1947), "Unterscheiden sich die metallischen Substanzen von allen anderen Materialien durch die Tatsache, dass die Außenschalen ihrer Atome eher lose gebunden werden, und häufig eines ihrer Elektronen frei gehen lassen. So wird das Interieur eines Metalls mit einer Vielzahl von nicht befestigten Elektronen voll gefüllt, die ziellos um den ähnlichen eine Menge von Vertriebenen reisen. Wenn eine Metallleitung der elektrischen Kraft unterworfen wird, die an seine entgegengesetzten Enden, diese freien Elektronen Sturm in der Richtung auf die Kraft angewandt ist, so bildend, was wir einen elektrischen Strom nennen."

Wenn eine Metallleitung über die zwei Terminals einer Gleichstrom-Stromspannungsquelle wie eine Batterie verbunden wird, legt die Quelle ein elektrisches Feld über den Leiter. Der Moment-Kontakt wird hergestellt, die freien Elektronen des Leiters werden gezwungen, zum positiven Terminal unter dem Einfluss dieses Feldes zu treiben. Die freien Elektronen sind deshalb das Anklage-Transportunternehmen in einem typischen festen Leiter.

Für einen unveränderlichen Fluss der Anklage durch eine Oberfläche kann der Strom I (in Ampere) mit der folgenden Gleichung berechnet werden:

:

wo Q die elektrische Anklage ist, die durch die Oberfläche im Laufe einer Zeit t übertragen ist. Wenn Q und t in Ampere-Sekunden und Sekunden beziehungsweise gemessen werden, bin ich in Ampere.

Mehr allgemein kann elektrischer Strom als die Rate vertreten werden, an der Anklage durch eine gegebene Oberfläche als fließt:

:

Elektrolyte

Elektrische Ströme in Elektrolyten sind Flüsse elektrisch beladener Partikeln (Ionen). Zum Beispiel, wenn ein elektrisches Feld über eine Lösung von Na und Kl. gelegt wird (und Bedingungen richtig sind), gehen die Natriumsionen an die negative Elektrode (Kathode) heran, während die Chlorid-Ionen an die positive Elektrode (Anode) herangehen. Reaktionen finden an beiden Elektrode-Oberflächen statt, jedes Ion absorbierend.

Wassereis und bestimmte feste Elektrolyte haben gerufen Protonenleiter enthalten positive Wasserstoffionen oder "Protone", die beweglich sind. In diesen Materialien werden elektrische Ströme aus bewegenden Protonen im Vergleich mit den bewegenden in Metallen gefundenen Elektronen zusammengesetzt.

In bestimmten Elektrolyt-Mischungen bilden hell farbige Ionen die bewegenden elektrischen Anklagen. Die langsame Wanderung dieser Ionen bedeutet, dass der Strom sichtbar ist.

Benzin und plasmas

In Luft und anderem gewöhnlichem Benzin unter dem Durchbruchsfeld ist die dominierende Quelle der elektrischen Leitfähigkeit über relativ wenige bewegliche Ionen, die durch radioaktives Benzin, ultraviolettes Licht oder kosmische Strahlen erzeugt sind. Da das elektrische Leitvermögen niedrig ist, ist Benzin Dielektriken oder Isolatoren. Jedoch, sobald sich das angewandte elektrische Feld dem Durchbruchswert nähert, werden freie Elektronen genug beschleunigt durch das elektrische Feld, um zusätzliche freie Elektronen durch das Kollidieren, und das Ionisieren, die neutralen Gasatome oder die Moleküle in einem Prozess genannt Lawine-Depression zu schaffen. Der Durchbruchsprozess bildet ein Plasma, das genug bewegliche Elektronen und positive Ionen enthält, um ihn einen elektrischen Leiter zu machen. Dabei bildet es einen leichten ausstrahlenden leitenden Pfad, wie ein Funken, Kreisbogen oder Blitz.

Plasma ist der Staat der Sache, wo einige der Elektronen in einem Benzin abgezogen oder von ihren Molekülen oder Atomen "ionisiert" "werden". Ein Plasma kann durch die hohe Temperatur, oder durch die Anwendung eines hohen elektrischen oder abwechselnden magnetischen Feldes, wie bemerkt, oben gebildet werden. Wegen ihrer niedrigeren Masse beschleunigen sich die Elektronen in einem Plasma schneller als Antwort auf ein elektrisches Feld als die schwereren positiven Ionen, und tragen folglich den Hauptteil des Stroms. Die freien Ionen verbinden sich wieder, um neue chemische Zusammensetzungen zu schaffen (zum Beispiel, atmosphärischen Sauerstoff in einzelnen Sauerstoff [O  2O] brechend, die dann Schaffen-Ozon [O] wiederverbinden).

Vakuum

Da ein "vollkommenes Vakuum" keine beladenen Partikeln enthält, benimmt es sich normalerweise als ein vollkommener Isolator. Jedoch können Metallelektrode-Oberflächen ein Gebiet des Vakuums veranlassen, leitend durch das Einspritzen freier Elektronen oder Ionen entweder durch die Feldelektronemission oder durch thermionische Emission zu werden. Thermionische Emission kommt vor, wenn die Thermalenergie die Arbeitsfunktion von Metall überschreitet, während Feldelektronemission vorkommt, wenn das elektrische Feld an der Oberfläche des Metalls hoch genug ist, um tunneling zu verursachen, der auf die Ausweisung von freien Elektronen vom Metall ins Vakuum hinausläuft. Äußerlich geheizte Elektroden werden häufig verwendet, um eine Elektronwolke als im Glühfaden oder der indirekt geheizten Kathode von Vakuumtuben zu erzeugen. Kalte Elektroden können auch Elektronwolken über die thermionische Emission spontan erzeugen, wenn kleine Glühgebiete (genannt Kathode-Punkte oder Anode-Punkte) gebildet werden. Das sind Glühgebiete der Elektrode-Oberfläche, die durch einen lokalisierten hohen aktuellen Fluss geschaffen werden. Diese Gebiete können durch die Feldelektronemission begonnen werden, aber werden dann durch die lokalisierte thermionische Emission gestützt, sobald sich ein Vakuumkreisbogen formt. Diese kleinen elektronausstrahlenden Gebiete können sich ganz schnell sogar explosiv auf einer einem hohen elektrischen Feld unterworfenen Metalloberfläche formen. Vakuumtuben und sprytrons sind etwas von der elektronischen Schaltung und Verstärkung von auf dem Vakuumleitvermögen gestützten Geräten.

Supraleitfähigkeit

Supraleitfähigkeit ist ein Phänomen des genau elektrischen Nullwiderstands und Ausweisung von magnetischen Feldern, die in bestimmten Materialien, wenn abgekühlt, unter einer charakteristischen kritischen Temperatur vorkommen. Es wurde von Heike Kamerlingh Onnes am 8. April 1911 in Leiden entdeckt. Wie Ferromagnetismus und geisterhafte Atomlinien ist Supraleitfähigkeit ein Quant mechanisches Phänomen. Es wird durch die Wirkung von Meissner, die ganze Ausweisung von magnetischen Feldlinien vom Interieur des Supraleiters charakterisiert, weil es in den Superleiten-Staat wechselt. Das Ereignis der Wirkung von Meissner zeigt an, dass Supraleitfähigkeit einfach als die Idealisierung des vollkommenen Leitvermögens in der klassischen Physik nicht verstanden werden kann.

Aktuelle Dichte und das Gesetz des Ohms

Aktuelle Dichte ist ein Maß der Dichte eines elektrischen Stroms. Es wird als ein Vektor definiert, dessen Umfang der elektrische Strom pro Querschnittsfläche ist. In SI-Einheiten wird die aktuelle Dichte in Ampere pro Quadratmeter gemessen.

:

wo ich im Leiter aktuell bin, ist J die aktuelle Dichte, und A ist die Querschnittsfläche.

Das Punktprodukt der zwei Vektor-Mengen (A und J) ist ein Skalar, der den elektrischen Strom vertritt.

Aktuelle Dichte (Strom pro Einheitsgebiet) J in einem Material ist zum Leitvermögen σ und elektrisches Feld im Medium proportional:

:

Statt des Leitvermögens hat eine gegenseitige Menge spezifischen Widerstand ρ genannt, kann verwendet werden:

:

Die Leitung in Halbleiter-Geräten kann bei einer Kombination des Antriebs und der Verbreitung vorkommen, die zur Verbreitung unveränderlich und Anklage-Dichte proportional ist. Die aktuelle Dichte ist dann:

:

damit, die elementare Anklage und die Elektrondichte zu sein. Die Transportunternehmen bewegen sich in der Richtung auf die abnehmende Konzentration, so für Elektronen resultiert ein positiver Strom für einen positiven Dichte-Anstieg. Wenn die Transportunternehmen Löcher sind, Elektrondichte durch die Verneinung der Löcherdichte ersetzen.

In geradlinigen anisotropic Materialien sind σ, ρ und D Tensor.

In geradlinigen Materialien wie Metalle, und unter niedrigen Frequenzen ist die aktuelle Dichte über die Leiter-Oberfläche gleichförmig. In solchen Bedingungen stellt das Gesetz des Ohms fest, dass der Strom zum potenziellen Unterschied zwischen zwei Enden (über) dieses metallenen (idealen) Widerstands (oder anderes ohmic Gerät) direkt proportional ist:

:

wo der Strom ist, der in Ampere gemessen ist; ist der potenzielle Unterschied, der in Volt gemessen ist; und ist der Widerstand, der in Ohm gemessen ist. Für Wechselströme, besonders an höheren Frequenzen, veranlasst Hautwirkung den Strom, sich uneben über den Leiter-Querschnitt mit der höheren Dichte in der Nähe von der Oberfläche auszubreiten, so den offenbaren Widerstand vergrößernd.

Antrieb-Geschwindigkeit

Die beweglichen beladenen Partikeln innerhalb eines Leiters bewegen sich ständig in zufälligen Richtungen wie die Partikeln eines Benzins. In der Größenordnung von dort, um ein Nettofluss der Anklage zu sein, müssen die Partikeln auch mit einer durchschnittlichen Antrieb-Rate zusammenrücken. Elektronen sind die Anklage-Transportunternehmen in Metallen, und sie folgen einem unregelmäßigen Pfad, vom Atom bis Atom springend, aber allgemein in der entgegengesetzten Richtung des elektrischen Feldes treibend. Die Geschwindigkeit, mit der sie treiben, kann von der Gleichung berechnet werden:

:

wo

: ist der elektrische Strom

: ist Zahl von beladenen Partikeln pro Einheitsvolumen (oder Anklage-Transportunternehmen-Dichte)

: ist die Querschnittsfläche des Leiters

: ist die Antrieb-Geschwindigkeit und

der

: ist die Anklage auf jeder Partikel.

Gewöhnlich fließen elektrische Anklagen in Festkörpern langsam. Zum Beispiel, in einer Kupferleitung des Querschnitts 0.5 Mm, einen Strom von 5 A tragend, ist die Antrieb-Geschwindigkeit der Elektronen auf der Ordnung eines Millimeters pro Sekunde. Um ein verschiedenes Beispiel im nahen Vakuum innerhalb einer Kathode-Strahl-Tube zu nehmen, reisen die Elektronen in nahen Geraden an ungefähr einem Zehntel der Geschwindigkeit des Lichtes.

Jede beschleunigende elektrische Anklage, und deshalb jeder sich ändernde elektrische Strom, verursachen eine elektromagnetische Welle, die sich mit der sehr hohen Geschwindigkeit außerhalb der Oberfläche des Leiters fortpflanzt. Diese Geschwindigkeit ist gewöhnlich ein bedeutender Bruchteil der Geschwindigkeit des Lichtes, wie aus den Gleichungen von Maxwell abgeleitet werden kann, und deshalb oft schneller ist als die Antrieb-Geschwindigkeit der Elektronen. Zum Beispiel, in AC Starkstromleitungen, pflanzen sich die Wellen der elektromagnetischen Energie durch den Raum zwischen den Leitungen fort, sich von einer Quelle zu einer entfernten Last bewegend, wenn auch die Elektronen in den Leitungen nur über eine winzige Entfernung hin und her gehen.

Das Verhältnis der Geschwindigkeit der elektromagnetischen Welle zur Geschwindigkeit des Lichtes im freien Raum wird den Geschwindigkeitsfaktor genannt, und hängt von den elektromagnetischen Eigenschaften des Leiters und der Dämmstoffe ab, die es, und auf ihrer Gestalt und Größe umgeben.

Die Umfänge (aber, nicht die Natur) dieser drei Geschwindigkeiten können durch eine Analogie mit den drei ähnlichen mit Benzin vereinigten Geschwindigkeiten illustriert werden.

• Die niedrige Antrieb-Geschwindigkeit von Anklage-Transportunternehmen ist der Luftbewegung analog; mit anderen Worten, Winde.
• Die hohe Geschwindigkeit von elektromagnetischen Wellen ist der Geschwindigkeit des Tons in einem Benzin grob analog (diese Wellen Bewegung durch das Medium viel schneller, als irgendwelche individuellen Partikeln tun)
• Die zufällige Bewegung von Anklagen ist der Hitze - die Thermalgeschwindigkeit analog, zufällig Gaspartikeln vibrieren zu lassen.

Diese Analogie ist äußerst vereinfacht und unvollständig: Die schnelle Fortpflanzung einer Schallwelle gibt keine Änderung in der Luftmolekül-Antrieb-Geschwindigkeit, wohingegen EM Wellen wirklich die Energie tragen, den wirklichen Strom an einer Rate fortzupflanzen, die viel viel höher ist als die Antrieb-Geschwindigkeit der Elektronen. Den Unterschied zu illustrieren: Der Ton und die Änderung in der Antrieb-Geschwindigkeit von Luft (die Kraft des Windwindstoßes) durchqueren Entfernung an Raten, die den Geschwindigkeiten des Tons und der mechanischen Übertragung der Kraft (nicht höher gleichkommen als Rate der Antrieb-Geschwindigkeit); während eine Änderung in einem EM Feld und die Änderung im Strom (die Antrieb-Geschwindigkeit von Elektronen) sich beide über die Entfernung an Raten viel höher fortpflanzen als die wirkliche Antrieb-Geschwindigkeit. Sie können Wind viel früher hören, als die Kraft des Windstoßes Sie erreicht, aber Sie beobachten keine Änderung in einem EM Feld früher, als Sie die Änderung des Stroms beobachten können.

Elektromagnetismus

Elektrischer Strom erzeugt ein magnetisches Feld. Das magnetische Feld kann als ein Muster von kreisförmigen Feldlinien vergegenwärtigt werden, die die Leitung umgeben.

Elektrischer Strom kann mit einem Galvanometer direkt gemessen werden, aber diese Methode schließt das Brechen des elektrischen Stromkreises ein, der manchmal ungünstig ist. Strom kann auch gemessen werden, ohne den Stromkreis durch das Ermitteln des magnetischen mit dem Strom vereinigten Feldes zu brechen. Dafür verwendete Geräte schließen Saal-Wirkungssensoren, aktuelle Klammern, aktuelle Transformatoren und Rollen von Rogowski ein.

Die Theorie der Speziellen Relativität erlaubt, das magnetische Feld in ein statisches elektrisches Feld für einen Beobachter umzugestalten, der sich mit derselben Geschwindigkeit wie die Anklage im Diagramm bewegt. Der Betrag des Stroms ist zu einem Bezugsrahmen besonder.

Vereinbarung

Ein Fluss von positiven Anklagen gibt denselben elektrischen Strom, und hat dieselbe Wirkung in einem Stromkreis als ein gleicher Fluss von negativen Anklagen in der entgegengesetzten Richtung. Da Strom der Fluss entweder von positiven oder von negativen Anklagen oder beiden sein kann, ist eine Tagung für die Richtung des Stroms, der des Typs von Anklage-Transportunternehmen unabhängig ist, erforderlich. Die Richtung des herkömmlichen Stroms wird willkürlich definiert, um die Richtung des Flusses von positiven Anklagen zu sein.

In Metallen, die die Leitungen und anderen Leiter in den meisten elektrischen Stromkreisen zusammensetzen, sind die positiven Anklagen unbeweglich, und die Anklage-Transportunternehmen sind Elektronen. Weil das Elektron negative Anklage trägt, ist die Elektronbewegung in einem Metallleiter in der Richtung gegenüber diesem von herkömmlichen (oder elektrisch) Strom.

Bezugsrichtung

Wenn

sie elektrische Stromkreise analysiert, ist die wirkliche Richtung des Stroms durch ein spezifisches Stromkreis-Element gewöhnlich unbekannt. Folglich wird jedes Stromkreis-Element eine aktuelle Variable mit einer willkürlich gewählten Bezugsrichtung zugeteilt. Wenn der Stromkreis gelöst wird, können die Stromkreis-Element-Ströme positive oder negative Werte haben. Ein negativer Wert bedeutet, dass die wirkliche Richtung des Stroms durch dieses Stromkreis-Element gegenüber dieser der gewählten Bezugsrichtung ist.

In elektronischen Stromkreisen werden die Bezugsstrom-Richtungen gewöhnlich gewählt, so dass alle Ströme zum Boden fließen. Das vergleicht häufig herkömmliche aktuelle Richtung, weil in vielen Stromkreisen die Macht-Versorgungsstromspannung in Bezug auf den Boden positiv ist.

Ereignisse

Natürliche Beispiele schließen Blitz und den Sonnenwind, die Quelle der polaren Aurora (das Aurora-Nordlicht und die Aurora australis) ein. Die künstliche Form des elektrischen Stroms ist der Fluss von Leitungselektronen in Metallleitungen wie die Oberstarkstromleitungen, die elektrische Energie über lange Entfernungen und die kleineren Leitungen innerhalb der elektrischen und elektronischen Ausrüstung liefern. In der Elektronik schließen andere Formen des elektrischen Stroms den Fluss von Elektronen durch Widerstände oder durch das Vakuum in einer Vakuumtube, dem Fluss von Ionen innerhalb einer Batterie oder eines Neurons, und dem Fluss von Löchern innerhalb eines Halbleiters ein.

Aktuelles Maß

Strom kann mit einem Amperemeter gemessen werden.

Am Stromkreis-Niveau gibt es verschiedene Techniken, die verwendet werden können, um Strom zu messen:

• Rangieren-Widerstände
• Saal-Wirkungsstrom-Sensorwandler
• Transformatoren (jedoch kann Gleichstrom nicht gemessen werden)
• Feldsensoren von Magnetoresistive

Siehe auch

• Aktueller 3-Vektoren-
• Direkter Strom
• Stromschlag
• Elektrische Maße
• Geschichte der Elektrotechnik
• Hydraulische Analogie
• SI-Elektromagnetismus-Einheiten

Links

• Allaboutcircuits.com, eine nützliche Seite-Einführen-Elektrizität und Elektronik