Elektrische Stromdefinition

Question

Elektrische Stromdefinition

Marouane Elalama

Ich versuche, elektrischen Strom zu verstehen . Einige Quellen sagen, dass es sich um den Ladungsfluss handelt, und andere Quellen sagen, dass es sich um die Ladungsmenge handelt, die über einen bestimmten Zeitraum durch eine Querschnittsfläche fließt. Das verwirrt mich, weil ich nicht sicher bin, ob es sich um eine Menge (Ladungsmenge) oder eine Aktion (Ladungsfluss) handelt. Können Sie mir bitte eine endgültige Definition geben?

QuantumOscillator

Eine bessere Frage wäre, wie diese beiden Definitionen gleichwertig sind

Solomon Langsam

"Ladungsfluss" und "Ladungsmenge ... über einen Zeitraum " bedeuten beide dasselbe.

Oskar Bravo

Können Sie näher erläutern, warum diese Begriffe Ihrer Meinung nach unterschiedlich sind? Flow bedeutet Menge pro Zeiteinheit - die beiden Begriffe sagen genau dasselbe...

Antworten (6)

Elektrische Stromdefinition

Eine bessere Frage wäre, wie diese beiden Definitionen gleichwertig sind
"Ladungsfluss" und "Ladungsmenge ... über einen Zeitraum " bedeuten beide dasselbe.
Können Sie näher erläutern, warum diese Begriffe Ihrer Meinung nach unterschiedlich sind? Flow bedeutet Menge pro Zeiteinheit - die beiden Begriffe sagen genau dasselbe...

Bill Watt · Answer 1

Bill Watt

Einfach gesagt, Strom ist nur ein Ladungsfluss. Wenn Sie jedoch die Strommenge messen und quantifizieren möchten, ist die Strommenge die Ladungsmenge, die über einen bestimmten Zeitraum an einem Punkt vorbeifließt.

Die erste Aussage definiert den Strom, während die zweite seine Messung definiert.

Eric Türme

"einen Punkt passieren" ist per definitionem gefährlich. "durch eine Oberfläche gehen" ist es weniger.

Bill Watt

@EricTowers Sie haben natürlich Recht, aber tatsächliche Messungen treten im Allgemeinen an Punkten auf.

Eric Türme

Für Strom ist das nicht so klar ... Siehe zum Beispiel Stromzange , wo der Strom durch ein Oberflächenisotop zu einer Scheibe gemessen wird.

Bill Watt

@EricTowers Es gibt mehrere Möglichkeiten, Strom zu messen. Das NIST definiert das Ampere als „Ein Ampere ist der Strom, bei dem ein Coulomb Ladung in 1 Sekunde über einen bestimmten Punkt fließt.“ Unter nist.gov/si-redefinition/ampere-introduction . Früher wurde das Ampere durch die Kraft zwischen unendlich vielen parallelen Drähten definiert. Früher wurde das Ampere durch die Silbermenge definiert, die aus einer Silbernitratlösung abgeschieden wurde.

Eric Türme

Das ist nicht die aktuelle Definition des Ampere; Es ist eine vereinfachte Beschreibung, die in Prosa erscheint und die Neudefinition von 2019 beschreibt. Die aktuelle Definition unternimmt keinen Versuch, genau zu beschreiben, was elektrischer Strom ist, sondern gibt lediglich an, dass ein Ampere der elektrische Strom ist, der 1 C = (1 A) (1 s) erfüllt (wobei der Coulomp unter Verwendung der 2019-Version der Elementarladung und definiert wird die zweite ist immer noch mit dem hyperfeinen Übergang von Cäsium definiert). Siehe zum Beispiel das BIPM .

Bob D · Answer 2

Sie können wahrscheinlich verschiedene Definitionen finden, daher bin ich mir nicht sicher, ob es eine einzige "endgültige" Definition von elektrischem Strom gibt.

Aber als Ingenieur verwende ich die Definition aus dem Referenzhandbuch für die Grundlagenprüfung, um ein professioneller Ingenieur in den USA zu werden, wie folgt:

"Elektrischer Strom $i(t)$ durch eine Oberfläche ist definiert als die Geschwindigkeit des Ladungstransports durch diese Oberfläche oder

ich (T) = \frac{D Q (T)}{D T}

$i(t)=\frac{dq(t)}{dt}$

was eine Funktion der Zeit ist $t$ , seit $q(t)$ bezeichnet sofortige Ladung.

Ein konstanter Strom $i(t)$ wird geschrieben als $I$ , und die Vektorstromdichte in Ampere/m $^2$ ist definiert als $\vec J$ ."

Hoffe das hilft.

Das Schreiben einer Formel trägt nichts zum Verständnis bei.
@Peter-ReinstateMonica Ich stimme respektvoll nicht zu. Das OP bat um eine Definition, die seine Frage beantwortet, ob Strom einfach eine "Ladungsmenge" oder einfach der "Ladungsfluss" ist. Diese Definition mit der Formel zeigt, dass es sich um die Geschwindigkeit des Ladungstransports über eine Oberfläche handelt.

Nasu · Answer 3

Ihre Verwirrung bezüglich der Begriffe ist spezifisch für die Verwendung der Begriffe auf Englisch. Es gibt das Phänomen des Ladungsflusses durch einen Draht und die physikalische Größe, die verwendet wird, um diesen Fluss zu messen. Die beiden sind unterschiedliche Objekte und könnten mit zwei verschiedenen Wörtern benannt werden. Was auf Französisch, Italienisch, Rumänisch und vielleicht anderen Sprachen, die ich nicht kenne, gemacht wird. Das Phänomen ist also der "elektrische Strom" und die Größe, die die Ladungsflussrate darstellt, ist die "Intensität des elektrischen Stroms". Ein Hinweis darauf ist der übliche Buchstabe zur Bezeichnung "I" und nicht "C" (von current). Die "Intensität des Stroms" kann mit "Strom" kurzgeschlossen werden und kann daher zu Verwirrung mit dem für das Phänomen verwendeten Begriff führen. Im Englischen ist dies so üblich, dass sogar in Physiklehrbüchern die Größe "Strom" genannt wird, obwohl sie die Stromstärke meinen. Auf Rumänisch habe ich zum Beispiel in der Schule von der "Stärke des Stroms" gelernt, und so nannten wir es im Unterricht, aber Leute in der Elektroindustrie und im Handwerk nennen es auch "Strom" oder sogar das Äquivalent von Stromstärke, Wie im Englischen verwenden wir Spannung für die Potentialdifferenz. In französischen und italienischen Physiktexten kann ich sehen, dass sie auch das Äquivalent von "Intensität des Stroms" verwenden, so dass es weniger Verwirrung gibt als im Englischen, nehme ich an. in der Schule und so haben wir es im Klassenzimmer genannt, aber Leute in der Elektroindustrie und im Handwerk nennen es auch "Strom" oder sogar das Äquivalent von Stromstärke, wie wir im Englischen Spannung für Potentialdifferenz verwenden. In französischen und italienischen Physiktexten kann ich sehen, dass sie auch das Äquivalent von "Intensität des Stroms" verwenden, so dass es weniger Verwirrung gibt als im Englischen, nehme ich an. in der Schule und so haben wir es im Klassenzimmer genannt, aber Leute in der Elektroindustrie und im Handwerk nennen es auch "Strom" oder sogar das Äquivalent von Stromstärke, wie wir im Englischen Spannung für Potentialdifferenz verwenden. In französischen und italienischen Physiktexten kann ich sehen, dass sie auch das Äquivalent von "Intensität des Stroms" verwenden, so dass es weniger Verwirrung gibt als im Englischen, nehme ich an.

Interessante Beobachtung. Im Deutschen verwenden wir in vielen Fällen das Wort für die Eigenschaft (Strom, Entfernung, Masse etc.) auch für die Menge dieser Eigenschaft. Englisch und Deutsch sind ähnlich genug, dass ich hier beim Englischen bleiben kann, die Beispiele funktionieren 1:1 auf Deutsch: „What’s the current, distance, mass, force?“. Wie so oft bei Muttersprachlern finde ich das ganz normal – aber bei anderen Dingen ist es völlig unmöglich: „Was ist das Licht, das Geld, der Ton, die Butter“ macht keinen Sinn oder bedeutet etwas anderes. Wir müssen fragen "was ist die Menge (oder manchmal das Niveau) von x".
Ich habe mich über Deutsch gewundert. Als ich sagte, dass es etwas Spezifisches des Englischen ist, meinte ich die Sprachen, die ich mehr oder weniger verstehe. Deutsch steht auf meiner Liste der Sprachen, die ich lernen möchte, bin aber noch nicht soweit gekommen. Danke für deinen Kommentar.

jsborne · Answer 4

Bob D bzw. SomeUser erklärten, dass Strom die Ladungsbewegung pro Zeiteinheit ist,

ICH = \frac{\partial Q_{Ω}}{\partial T},

$I = \frac{\partial Q_\Omega}{\partial t},$ und das Integral der Stromdichte über der Querschnittsfläche,

ICH = \int_{\partial Ω} D S \cdot J .

$I = \int_{\partial\Omega} \text{d}\mathbf{S} \cdot \mathbf{J}.$ Ich füge hinzu, dass diese beiden Größen aufgrund der Ladungserhaltung gleich sind . Tatsächlich können wir mit Standardargumenten (siehe Griffiths, Electrodynamics) die folgende Gleichung aufschreiben

\frac{\partial ρ}{\partial T} + \nabla \cdot J = 0. (*)

$\frac{\partial \rho}{\partial t} + \nabla\cdot \mathbf{J} = 0.\qquad\qquad(*)$ Der erste Term beschreibt die zeitliche Änderung der Ladungsdichte in einer bestimmten Region

Ω

$\Omega$ , und die zweite beschreibt den nach außen gerichteten Fluss der Stromdichte in derselben Region. In der Tat sehen wir die oben genannten Mengen, sobald wir die Region integrieren

Ω

$\Omega$ ,

\int D v \frac{\partial ρ}{\partial T} = \frac{\partial Q}{\partial T}, Und \int_{Ω} D v \nabla \cdot J = \int_{\partial Ω} D S \cdot J,

$\int \text{d}V ~\frac{\partial \rho}{\partial t} = \frac{\partial Q}{\partial t}, \quad\text{and} \quad \int_\Omega \text{d}V~ \nabla \cdot \mathbf{J} = \int_{\partial\Omega}\text{d}\mathbf{S}\cdot \mathbf{J},$ wobei wir den Divergenzsatz für die zweite Gleichheit verwendet haben.

Da Ladungsdichte und Stromdichte im Allgemeinen nicht getrennt erhalten bleiben, können wir eine neue Größe definieren, den sogenannten Viererstrom, der durch die Gleichung erhalten bleibt $(*)$ :

J^{μ} = (ρ, J), \partial_{μ} J^{μ} = \frac{\partial ρ}{\partial T} + \nabla \cdot J = 0.

$J^\mu = (\rho, \mathbf{J}),\qquad \partial_\mu J^\mu = \frac{\partial \rho}{\partial t} + \nabla \cdot \mathbf{J} = 0.$ Die Aussage

\partial_{μ} J^{μ} = 0

$\partial_\mu J^\mu= 0$ entspricht der Ladungserhaltung. Siehe hier für mehr.

losmi247 · Answer 5

Elektrischer Strom $I$ durch einen Querschnitt eines Leiters ist:

lim_{Δ T \to 0} \frac{Δ Q}{Δ T}

$\lim_{\Delta t \to 0} \frac{\Delta q}{\Delta t}$ Wo

Δ q

$\Delta q$ ist die Ladungsmenge, die diesen Querschnitt während der Zeitdauer der Länge passiert hat

Δ t

$\Delta t$ .

Es handelt sich also um eine skalare Größe.

Alternativ, wenn die Fläche des Querschnitts ist $S$ , die Ladungsmenge pro Volumeneinheit des Leiters ist $n=\frac{N}{V}$ ( $N$ ist die Anzahl der geladenen Teilchen im Volumen $V$ ) Und $v_d$ die durchschnittliche Driftgeschwindigkeit in Richtung des elektrischen Feldes, dann die Ladungsmenge, die diesen Querschnitt mit der Zeit passiert $\Delta t$ Ist $\Delta q=q_0 \times n \times S \times v_d \times \Delta t$ ( $q_0$ ist die Elementarladung eines einzelnen Teilchens).

Dies liegt daran, dass sich die gesamte Ladung, die während dieser Zeit durchgeht, innerhalb eines Höhenzylinders befindet $v_d \Delta t$ und Volumen $V=Sv_d \Delta t$ was genau enthält $\Delta N=nV=nSv_d \Delta t$ geladene Partikel.

Daraus der Strom $I_S$ durch diesen Querschnitt wäre

lim_{Δ T \to 0} \frac{Δ Q}{Δ T} = lim_{Δ T \to 0} \frac{Q_{0} N S v_{D} Δ T}{Δ T} = lim_{Δ T \to 0} Q_{0} N S v_{D} = Q_{0} N S v_{D}

$\lim_{\Delta t \to 0} \frac{\Delta q}{\Delta t}=\lim_{\Delta t \to 0} \frac{q_0nSv_d \Delta t}{\Delta t}=\lim_{\Delta t \to 0} q_0nSv_d=q_0nSv_d$ .

Insgesamt handelt es sich um eine skalare Größe, die die Ladungsmenge beschreibt, die in einem bestimmten Zeitraum durch eine Oberfläche fließt. Seine Einheiten sind $\frac{Coulombs}{second} \equiv Amperes$ .

Irgendein Benutzer · Answer 6

Ich definiere es lieber als

ICH = \iint_{S} J \cdot D S

$\begin{equation} I = \iint_{S} \mathbf{J} \cdot \, d\mathbf{S} \end{equation}$

was umgeschrieben werden kann als

\begin{aligned} ICH & = \frac{\iint_{S} ρ v D T \cdot D S}{D T} \end{aligned}

$\begin{align} I &= \frac{\iint_{S} \rho \mathbf{v} dt \cdot \, d\mathbf{S}}{dt} \\ \end{align}$ Die Ladungsdichte wird über die Oberfläche integriert und eine gewisse Dicke wird durch die Geschwindigkeit gegeben (eigentlich nur die Geschwindigkeit in der Richtung senkrecht zu

S

$S$ ) der Ladungen: Wenn sich die Ladungen schneller bewegen, werden in der gleichen Zeit weitere Ladungen die Oberfläche erreichen

d t

$dt$ . Sie können sehen, dass die Einheiten übereinstimmen.

\begin{aligned} = \frac{\iint_{S} ρ D R \cdot D S}{D T} \\ = \frac{\iint_{S} ρ D R_{⊥} D S}{D T} \end{aligned}

$\begin{align} &= \frac{\iint_{S} \rho d\mathbf{r} \cdot \, d\mathbf{S}}{dt} \\ &= \frac{\iint_{S} \rho \,dr_{\perp} \,dS}{dt} \\ \end{align}$ Im Grunde ist der Zähler die Gesamtladungsmenge, die durchlaufen wird

S

$S$ In

d t

$dt$ . So können wir es schreiben

d q

$dq$ .

ICH = \frac{D Q}{D T}

$\begin{equation} I = \frac{dq}{dt} \end{equation}$

Dies soll kein "Beweis" oder ähnliches sein. Ich wollte nur darauf hinweisen, dass beide Konzepte gleichwertig sind. Mir selbst wurde dieses Konzept andersherum vorgestellt.

Elektrische Stromdefinition

Marouane Elalama

QuantumOscillator

Solomon Langsam

Oskar Bravo

Antworten (6)

Bill Watt

Eric Türme

Bill Watt

Eric Türme

Bill Watt

Eric Türme

Bob D

Peter - Wiedereinsetzung von Monica

Bob D

Nasu

Peter - Wiedereinsetzung von Monica

Nasu

jsborne

losmi247

Irgendein Benutzer

Wenn ein Elektron von einem anderen Elektron abgestoßen wird, wie kommt es dann zu elektrischem Strom?

Warum folgen Elektronen der Leiterform?

Bewegt sich auch das Elektron im Draht aufgrund der Spannungsdifferenz?

Welche Kraft bewegt Elektronen durch einen Leiter, der sich in einem Magnetfeld dreht [geschlossen]

Warum bleibt der Strom in einem Stromkreis gleich?

Stromfluss im offenen Stromkreis

Einige Fragen zu Schaltkreisen und Elektronenfluss

Wie verläuft der Stromfluss senkrecht zum Draht?

Was ist die mikroskopische Erklärung dafür, warum in einem Stromkreis mit einem kleineren Widerstand mehr Leistung vorhanden ist?

Ohmsches Gesetz und ein ideales Voltmeter