Перекласти одиниці: Ерстед [Е] <-> ампер на метр [А / м] • Електротехніка • Конвертер лінійної щільності струму • Компактний калькулятор

  1. Вступ
  2. визначення
  3. Густина струму
  4. Лінійна щільність струму
  5. Поверхнева щільність струму
  6. Вектор або скаляр?
  7. Щільність струму в електротехніці і електроніці
  8. Вимірювання щільності струму

Вступ

визначення

Електричний струм

Густина струму

Лінійна щільність струму

Поверхнева щільність струму

Вектор або скаляр?

Щільність струму в електротехніці і електроніці

Вимірювання щільності струму

Вступ

Заряди, поміщені в електростатичне поле з різницею потенціалів приходять в рух. Цей рух називається електричним струмом, який визначається як спрямоване (впорядковане) рух заряджених частинок через будь-який поперечний переріз провідного середовища. Величина цього струму залежить від опору середовища їх цього руху зарядів, яке, в свою чергу, залежить від поперечного перерізу провідника.

Слід зазначити, що в електротехніці основні фізичні величини, тобто одиниця виміру сили електричного струму ампер і одиниця виміру електричного заряду кулон часто бувають пов'язані між собою за допомогою одиниці довжини - метра. І це неспроста. Заряд, який протікає через поперечний переріз провідного середовища, часто буває розподілено нерівномірно. Тому цілком природно було б визначати потік заряджених частинок через одиничне поперечне перетину або одиничну довжину, іншими словами визначати щільність струму. У цій статті ми порівняємо електричний струм і щільність струму, а також розглянемо важливість досягнення, підтримки і вимірювання необхідної щільності струму в різних областях електротехніки та електронної техніки.

визначення

Електричний струм

Електричний струм I визначається як спрямований рух електричних зарядів уздовж лінії (наприклад, тонкого дроту), по поверхні (наприклад, по листу провідного матеріалу) або в обсязі (наприклад, в електронній або газорозрядної лампи). В СІ одиницею вимірювання електричного струму є ампер, який визначається як потік електричних зарядів через поперечний переріз провідника зі швидкістю один кулон в секунду.

Густина струму

Щільність струму (звана також об'ємною густиною струму) являє собою векторне поле в тривимірному провідному просторі. У кожній точці такого простору щільність струму являє собою повний потік електричних зарядів в одиницю часу, що проходить через одиничне поперечний переріз. Позначається об'ємна щільність векторних символом J. Якщо ми розглянемо звичайний випадок провідника зі струмом, то струм в амперах ділиться на поперечний переріз провідника. В СІ об'ємна щільність струму вимірюється в амперах на квадратний метр (А / м²).

Наприклад, якщо по потужної шині електричної підстанції з поперечним перерізом 3 х 33,3 мм = 100 мм ² = 0,0001 м² тече струм 50 ампер, то щільність струму в такому провіднику становитиме 500 000 А / м².

Лінійна щільність струму

Іноді в електронних пристроях струм тече через дуже тонку плівку металу або тонкий шар металу, що має змінну товщину. У таких випадках дослідників і конструкторів цікавлять тільки ширина, а не загальне поперечний переріз таких дуже тонких провідників. У цьому випадку вони вимірюють лінійну щільність струму - векторна величину, рівну межі твору щільності струму провідності, що протікає в тонкому шарі біля поверхні тіла, на товщину цього шару, коли остання прямує до нуля (це визначення по ГОСТ 19880-74). У Міжнародній системі одиниць (СІ) лінійна щільність струму вимірюється в амперах на метр і в системі СГС в ерстедах. 1 Ерстед дорівнює напруженості магнітного поля в вакуумі при індукції 1 гаус. Інакше лінійну щільність струму визначають як струм, який припадає на одиницю довжини в напрямку, перпендикулярному току.

Наприклад, якщо струм величиною 100 мА тече в тонкому провіднику шириною 1 мм, то лінійна щільність струму дорівнює 0,0001 A: 0,001 m = 10 ампер на метр (А / м). Лінійна щільність струму позначається векторних символом А.

Поверхнева щільність струму

Лінійна щільність струму тісно пов'язана з поняттям поверхневої щільності струму, яка визначається як сила електричного струму, що протікає через поперечний переріз провідного середовища одиничної площі і позначається векторних символом K. Як і лінійна щільність струму, поверхнева щільність струму також є векторною величиною, модуль якої є електричний струм через поперечний переріз провідного середовища в даному місці, а напрямок перпендикулярно до площі поперечного перерізу провідника. Такий провідним середовищем може бути, наприклад, провідник з струмом, електроліт або іонізований газ. В системі СІ щільність струму вимірюється в амперах на квадратний метр.

Вектор або скаляр?

Відзначимо, що на відміну від векторної щільності струму, сам струм є скалярною величиною. Це можна пояснити тим фактом, що струм визначається як кількість зарядів, які прямують в одиницю часу; тому було б недоцільно додавати напрямок до величини, що представляє кількість в одиницю часу. У той же час, щільність струму розглядається в обсязі з безліччю поперечних перерізів, через які проходить струм, тому має сенс визначати щільність струму як вектор або як векторний простір. Можна також відзначити, що щільність струму є вектором у зв'язку з тим, що цей твір щільності заряду на швидкість його переміщення в будь-якому місці простору.

Щільність струму в електротехніці і електроніці

Висока лінійна щільність струму в проводах призводить до неприємних наслідків. Всі провідники електричного струму мають кінцеве опір, через який при протіканні струму вони нагріваються і розсіюють енергію в формі тепла. У зв'язку з цим щільність струму повинна підтримуватися невисокою, щоб провідник при експлуатації не нагрівався вище допустимої температури і, тим більше, не розплавлявся. Перегрів може привести до руйнування ізоляції або зміни електричних властивостей, наприклад, через утворення оксидного шару. Такий оксидний шар зменшує поперечний переріз провідника, що, в свою чергу, веде до ще більшого збільшення щільності струму через провідник.

Такий оксидний шар зменшує поперечний переріз провідника, що, в свою чергу, веде до ще більшого збільшення щільності струму через провідник

Мікропроцесор Pentium P54CS містить 3,3 мільйона транзисторів на кристалі площею 90 кв. міліметрів або близько 40 тисяч транзисторів на квадратний міліметр

Лінійна щільність струму широко використовується при розрахунку і конструюванні електронних і електричних систем. Вона важлива, наприклад, при розрахунку інтегральних мікросхем, щільність елементів яких (кількість елементів на одиницю об'єму) постійно підвищується. Незважаючи на те, що кожен елемент споживає дуже малі струми, щільності струму в мікросхемі можуть бути дуже високими для досягнення максимально можливої ​​кількості елементів в одній мікросхемі. На зорі розвитку мікроелектроніки кількість елементів в інтегральних схемах подвоювалося кожен рік. Зараз (в 2016 році) воно подвоюється приблизно раз в два роки. Ця закономірність називається Законом Мура на ім'я одного із засновників Intel, який в 1965 році прийшов до висновку про експоненційному зростанні продуктивності обчислювальних пристроїв і зробив відповідний прогноз на найближчі десять років. Пізніше, в 1975 році, Мур переглянув свій прогноз і передбачив, що продуктивність мікропроцесорів буде подвоюватися кожні два роки.

Наприклад, у випущеному в 1971 році четирехбітних микропроцессоре Intel 4004 було всього 2300 транзисторів на кристалі площею 3х4 мм або 12 кв. мм, що становило всього близько 200 транзисторів на квадратний міліметр. Для порівняння, у випущеному в 2013 році 12-ядерному процесорі Power8 4,2 мільярда транзисторів розташовуються на кристалі розміром 650 кв. мм. Тобто на кожному кв. міліметрі розташовано близько 6,5 млн. транзисторів. При цьому кожен транзистор споживає певний, хоч і вельми малий струм. Оскільки всі вони розташовані в дуже малому обсязі, на повний зріст постає проблема охолодження таких мікросхем.

Оскільки всі вони розташовані в дуже малому обсязі, на повний зріст постає проблема охолодження таких мікросхем

Котушки магнітних антен радіомовних приймачів средневолнового і довгохвильового діапазонів зазвичай намотують літцендратом в шовкової чи іншої ізоляції для зменшення втрат, пов'язаних зі скін-ефектом

На змінному струмі, особливо на високих частотах, провідна зона проводів знаходиться тільки в їх поверхневому шарі, в результаті чого збільшується щільність струму в проводах, що призводить до втрат енергії на нагрів або навіть на розплавлення дроту. Це явище зменшення амплітуди електромагнітних хвиль у міру їх проникнення вглиб провідника називається скін-ефектом або поверхневим ефектом. Для зменшення втрат на високих частотах провідники покривають сріблом або золотом - матеріалами з малим питомим опором. Також часто замість одного товстого дроту використовують кілька (від трьох до тисячі і більше) ізольованих тонких проводів (літцендрата). Зокрема, саме літцендратом намотують котушки індуктивності в індукційних печах.

При високій щільності струму відбувається реальне переміщення матеріалів в з'єднаннях, зване електроміграціі. Таке переміщення викликано дрейфом іонів матеріалу, що виникає внаслідок обміну кількістю руху при зіткненнях між носіями провідності і атомної гратами провідника. Ефект електроміграціі грає істотну роль в тих випадках, коли струми мають велику щільність, наприклад, все в тій же мікроелектроніці, про яку говорилося вище. Чим більша досягнута щільність великих інтегральних мікросхем, тим помітніший цей ефект. В результаті електроміграціі може статися як повне руйнування провідника, так і виникнути новий провідник там, де його не повинно бути, тобто відбувається коротке замикання. Таким чином, підвищена щільність струму призводить до зменшення надійності інтегральних схем. При конструюванні мікросхем зазвичай враховують вплив електроміграціі, тому сучасні мікросхеми великій мірі інтеграції рідко виходять з ладу з цієї причини.

Термін «щільність струму» або, більш конкретно, поверхнева щільність струму в мА / см², що виробляється одиничної площею фотоелемента сонячної батареї, часто використовується в описі характеристик сонячних батарей. Щільність струму короткого замикання фотоелемента є важливою характеристикою ефективності перетворення сонячної енергії в електричну. Такий підхід корисний для порівняння сонячних батарей різних виробників. У той час, як напруга сонячної батареї визначається кількістю індивідуальних фотоелементів, ток, що віддають батареєю, залежить головним чином від площі поверхні батареї, що освітлюється сонячним світлом, і ефективності фотоелементів. Фотоелементи часто випускаються розміром 100 × 100 мм = 100 см² і дозволяють отримати струм 3,5 А або щільність струму 3,5: 100 = 35 мА / см² від кожного фотоелемента. Відзначимо, що визначення поверхневої густини струму в фотоелементах відрізняється від наведеного вище визначення поверхневої густини струму.

Хромована душова головка; поверхню пластмаси спочатку покривається в гальванічної ванній шаром міді, потім нікелю і останнім наноситься шар хрому

Щільність струму є однією з основних характеристик, що визначають якість виробів з гальванічним покриттям хромом і іншими металами. При хромування на виріб з металу або пластмаси наноситься тонкий шар хрому, який володіє декоративними властивостями і високою стійкістю до корозії. Хромування використовується також для збільшення твердості і зносостійкості поверхонь і для зменшення тертя і підвищення стійкості до корозії в парах тертя, що працюють в жорстких умовах. Також хромування застосовується для нарощування зношених поверхонь деталей з метою відновлення їх початкових розмірів.

Для використання в автомобільній промисловості на сталеві вироби наносять кілька гальванічних покриттів, які забезпечують стійкість деталей до змін температури і вологості при експлуатації на відкритому повітрі. Зазвичай використовується потрійне покриття: перший шар міді, потім нікель і, нарешті, хром. Температура і щільність струму у ванні впливає на однорідність хромового покриття, що забезпечує його чистоту, і, отже, відображає здатність.

Вимірювання щільності струму

Гальванічна ванна, в якій наносяться покриття металами - якраз те місце, де необхідно вимірювати щільність струму в рідкій провідному середовищі - електроліті в гальванічної ванній. При цьому необхідно розрахувати або виміряти площа поверхні, що покривається металом деталі, а також виміряти струм, що протікає в ванні від анода до деталі. Випускаються прилади, що дозволяють безпосередньо виміряти щільність струму в будь-якій точці ванни. Вони дозволяють працівникам гальванічного цеху точно виміряти як йде процес покриття металом в кожної точки вироби. Вимірювач щільності струму електроліту найчастіше складається з датчика з маленькою тороидальной котушкою і вимірювального блоку з дисплеєм, який вимірює струм, індукований в котушці струмом в електроліті всередині неї. Процесор таких приладів визначає значення щільності струму в точці вимірювання виходячи з виміряного струму і площі котушки і виводить його на дисплей прямо в А / фут² або A / дм².

Ще одним прикладом вимірювання щільності струму є сонячні батареї. Зазвичай щільності струмів короткого замикання розподілені нерівномірно по поверхні фотоелементів. Відмінності в щільності струму можуть бути обумовлені різними термінами існування носіїв в фотоелементі, різними відстанями до висновків і іншими факторами. Дослідникам цікаво отримати карту розподілу щільності струмів по всій площі фотоелемента. Для вимірювання щільності струму фотоелемент освітлюють дуже вузьким потоком електронів або променем світла, який сканує поверхню фотоелемента. При цьому реєструється виникає фотострум. Таким чином створюється карта щільності струму, яку в подальшому можна використовувати для оптимізації пристрою.

Автор статті: Анатолій Золотков

Ви маєте труднощі в перекладі одиниці виміру з однієї мови на іншу? Колеги готові вам допомогти. Опублікуйте питання в TCTerms і протягом декількох хвилин ви отримаєте відповідь.

Вектор або скаляр?

Разделы

» Ваз

» Двигатель

» Не заводится

» Неисправности

» Обзор

» Новости


Календарь

«    Август 2017    »
ПнВтСрЧтПтСбВс
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
 

Архив

О сайте

Затраты на выполнение норм токсичности автомобилей в США на период до 1974 г.-1975 г произошли существенные изменения. Прежде всего следует отметить изменение характера большинства работ по электромобилям: работы в подавляющем большинстве стали носить чисто утилитарный характер. Большинство созданных в начале 70х годов электромобилей поступили в опытную эксплуатацию. Выпуск электромобилей в размере нескольких десятков штук стал обычным не только для Англии, но и для США, ФРГ, Франции.

ПОПУЛЯРНОЕ

РЕКЛАМА

www.school4mama.ru © 2016. Запчасти для автомобилей Шкода