Электроника. Основы электроники 1 лекция. Если величина тока меняется во времени, мгновенный ток i определяется через
 Скачать 0.74 Mb.
|
|
Если величина тока меняется во времени, мгновенный ток I определяется через предел, когда T => 0. Таким образом, ток является мгновенной скоростью прохож- дения заряда через площадь:  Единица измерения тока - кулоны в секунду, которая также называется ампером (A), в честь французского физика Андре Мари Ампер (André-Marie Ampère): 1 A=1 Кл/с. Поскольку ампер представляет довольно сильный ток, сила тока также часто указывается в миллиамперах (1 мА =1*10(-3) A), микроамперах (1 мкА=1-10*(-6) A) и наноамперах (1 нА =1*10(-9) A). В проводниках, например меди, электрический ток состоит из свободных электро- но в, перемещающихся в решетке атомов меди. На каждый атом меди приходится один свободный электрон. Заряд одного электрона определяется следующей формулой  Это заряд такой же величины, как заряд одного атома железа, только обратной по- лярности. (Положительный заряд образуется в результате отдачи атомом железа одного электрона в "облако" электронов, хаотически перемещающихся в решетке. Потеря атомом одного электрона означает, что число его протонов на один больше, чем число электронов.) Заряд одного протона определяется следующей формулой:  Проводник в общем имеет нейтральный заряд, поскольку число его электронов Равно числу протонов. Из уравнения можновидеть, что если через медный провод протекает ток силой в 1 А, количество электронов, протекающих через поперечное сечение провода за 1 секунду, равно:  Но у нас имеется проблема с этим результатом. А именно, каким образом мы получили отрицательное количество электронов, протекающих в секунду? Это можно объяснить только двумя способами - или электроны должны двигаться в напралении, противоположном указанному току, или же вместо электронов в проводнике должны входить положительные заряды. Второе объяснение будет неправильным,поскольку экспериментальным способом было доказано, что перемещаться могут только электроны, а не положительные заряды, которые зафиксированы в решетчатой структуре проводника. (Но обратите внимание на тот факт, что существуют среды, в которых возможно протекание положительного заряда, например, положивительный поток ионов в жидкостях, газах и плазмах.) Оказывается, что первый вариант - электроны движутся в направлении, противоположном установленному направлению тока - будет правильным ответом. Давным-давно, когда Бенджамин Франклин (которого часто считают отцом элек- троники) занимался своими новаторскими опытами в ранней электронике, он при- свои положительный знак заряда загадочным (в то время) элементам, которые пе- ремещались по проводнику, выполняя при этом работу. Некоторое время спустя, физик по имени Джозеф Томсон провел эксперимент, в котором изолировал эти загадочные перемещающиеся заряды. Но для того чтобы осуществлять измерения в своих экспериментах и записывать их, а также выполнять вычисления, Томсон был вынужден использовать единственные доступные ему законы - те, которые были сформулированы на основе движения положительных зарядов Франклина. Но движущиеся заряды, открытые Томсоном (которые он назвал электронами), двига- лись в направлении, обратном движению условного тока, которое использовалось в предыдущих уравнениях, или, иными словами, двигались против течения. Эта ситуация графически представлена на рис  Томсон изменил утверждение, впервые высказанное Бенджамином Франклином, что в проводниках движутся положительные заряды. Но поскольку движение электронов в одном направлении эквивалентно движению положительных зарядов в противоположном направлении, старые формулы по-прежнему работают. Так как мы применяем старые формулы, с практической точки зрения будет полезным использовать условное направление тока, предложенное Франклином, но при этом не забывать, что в действительности движутся электроны и в противоположном направлении Какую важность это имеет для тех, кого не особо интересует подробная физика и прочие подобные вещи? Скажем так, небольшую. Вы можете воображать, что по проводам и различным электрическим устройствам движутся положительные заря- ды, и все будет работать чудесным образом, поскольку движение отрицательных электронов в одном направлении эквивалентно движению положительных зарядов в противоположном. Собственно говоря, все формулы в области электроники (на- пример, закон Ома - U = IR) "делают вид", что ток I составляют носители поло- жительного заряда. Эта условность всегда будет с нами. Одним словом, нам удоб- нее считать, что движутся положительные заряды. Поэтому, когда вы видите выра- жение "поток электронов", обязательно имейте в виду, что условный ток I протекает в противоположном направлении. Чуть позже мы рассмотрим, что про- исходит внутри проводника на микроскопическом уровне -- это должно несколько прояснить ситуацию.  |