זרם חשמלי

מהו זרם חשמלי ?

זרם חשמלי הוא תנועה מכוונת של נושאי מטען חופשיים בתוך החומר המוליך.
לפניכם תמונה מיקרוסקופית ראשונית של תיל מוליך דרכו זורם זרם, ניתן לראות את האלקטרונים החופשיים.

מהי עוצמת זרם חשמלי ?

עוצמת זרם חשמלי בתיל מוליך היא כמות המטען העובר ביחידת זמן דרך חתך הרוחב של התיל.
הגדרה מתמטית לעוצמה הרגעית של זרם חשמלי :

יחידת המדידה של עוצמת הזרם : אמפר (A). עוצמת הזרם בתיל היא 1A אם בכל שנייה עובר דרך חתך הרוחב של התיל מטען של 1 קולון.

מהי הסיבה לזרימת זרם חשמלי במוליך ?

סיבת הזרם היא שדה חשמלי בתוך המוליך

מה יוצר את השדה חשמלי במוליך ?

השדה החשמלי E בתוך המוליך נוצר ע”י הפרש פוטנציאלים Va-Vb בין שתי נקודות במוליך

האם הכוונה שבתיל שאין בו שדה חשמלי ולכן לא זורם זרם, האלקטרונים החופשיים הם במנוחה ?
לא ! האלקטרונים החופשיים נעים בתנועה אקראית במהירויות עצומות – מאות קילומטרים בשנייה – התלויות בטמפרטורת התיל, אך המהירות הממוצעת היא אפס.

ומה קורה בתיל שיש בו שדה חשמלי, ולכן כן זורם בו זרם?
האלקטרונים החופשיים ממשיכים לנוע בתנועה אקראית אך המהירות הממוצעת איננה אפס – קיימת “מהירות סחיפה” drift velocity- vd נגד כיוון השדה החשמלי בתיל – מהפוטנציאל הנמוך אל הגבוה.

איזה פרמטרים קובעים את עוצמת הזרם בתיל מוליך ?
צפיפות האלקטרונים החופשיים בחומר המוליך n
שטח חתך הרוחב של התיל A
מהירות הסחיפה של האלקטרונים החופשיים vd
מטען האלקטרון e

לכל אורכו של מסלול מוליך עוצמת הזרם היא קבועה – מדוע?
כי כל קטע של התיל הוא איננו טעון…,
ולכן כמות המטען הנכנסת לקטע בפרק זמן נתון …
שווה לכמות המטען היוצאת מאותו קטע באותו פרק זמן.

כיצד משתנה מהירות הסחיפה בתיל שיש בו שני אזורים בעלי עובי שונה ?

אם אלקטרונים נעים מהפוטנציאל הנמוך אל הגבוה, . . .
. . . כיצד יתכן שהפרש הפוטנציאלים בין קצות התיל המוליך לא מתאפס תוך זמן קצר ?

מי שומר על הפרש הפוטנציאלים בין קצות התיל ? מקור המתח !
ומהו תפקידו של מקור המתח ? תפקידו להעביר אלקטרונים חופשיים מהפוטנציאל הגבוה אל הנמוך, תוך השקעת אנרגיה.

המים לא זורמים דרך הצינור אם שני הקצבות באותו גובה, זאת אומרת עם לשניהם יש אותה אנרגיה פוטנציאלית כובדית (גובה).