Hustota elektrického proudu

Z Multimediaexpo.cz

Hustota elektrického proudu (zkráceně proudová hustota) je vektorová fyzikální veličina (má vedle velikosti i směr), popisující lokálního rozložení elektrického proudu. Její směr je stejný jako směr pohybu kladného náboje (v izotropním prostředí je to směr intenzity elektrického pole E).

Obsah [skrýt] 1 Značení a jednotky 2 Definice 3 Použití 4 Zobecnění 5 Příbuzné veličiny 6 Poznámky 7 Literatura

Značení a jednotky

Hustota elektrického proudu má doporučené značky^[1] J nebo j.

Hlavní jednotkou v soustavě SI je 1 ampér na metr čtverečný, mezinárodní značka A/m².

Definice

Velikost hustoty elektrického proudu je definována jako podíl okamžitého elektrického proudu procházejícího daným elementem průřezu vodiče $\mathrm{d}S$ a kolmého průmětu tohoto elementu průřezu $\mathrm{d}{S}_{\perp }$na střední směr $\mathbf{n}$ pohybu nosičů nábojů, které proud tvoří (tedy na směr tečny proudové čáry):

$\mathbf{j}=\frac{I_{\mathrm{d}S}}{\mathrm{d}{S}_{\perp }}\mathbf{n}$, což lze v integrálním tvaru zapsat vztahem pro proud celým průřezem vodiče:

$I={\int }_S\mathbf{j}\cdot \mathrm{d}\mathbf{S}$.

V případě, že je proud po průřezu vodivého prostředí rozložený rovnoměrně, lze definiční vztah zjednodušit na skalární vztah:

$j=\frac{I}{S_{\perp }}$, kde $S_{\perp }$ je plocha průřezu kolmého na proud.

Použití

Hustota elektrického proudu vystupuje ve vztazích teorie elektromagnetického pole formulovaných v diferenciálním tvaru. Příkladem mohou být

• rovnice kontinuity (zákon zachování elektrického náboje v diferenciálním tvaru)

$\mathrm{\nabla }\cdot {\mathit{J}}_{\mathrm{vol}}+\frac{\partial \rho }{\partial t}=0$,

• Ohmův zákon v diferenciálním tvaru

$\mathbf{j}=\sigma \cdot \mathbf{E}$,

• první Maxwellova rovnice:

$\mathrm{\nabla }\times \mathbf{H}={\mathbf{j}}_{\mathrm{vol}}+\frac{\partial \mathbf{D}}{\partial t}$.

Zobecnění

Jako u elektrického proudu lze rozdělit i hustotu na hustotu volného proudu a hustotu proudů vázaných (polarizačních a magnetizačních). Lze ji zobecnit i na případy, kdy nedochází k pohybu nositelů náboje, a definovat tzv. hustotu Maxwellova proudu:

${\mathit{J}}_{\mathrm{Max}}={\epsilon }_0\frac{\partial \mathit{E}}{\partial t}$.

Příbuzné veličiny

K popisu lokálního plošného elektrického proudu se zavádí vektorová fyzikální veličina hustota plošného (elektrického) proudu (zkráceně plošná proudová hustota).

Hustota plošného (elektrického) proudu se obvykle značí^{[pozn. 1]} i nebo J_S a její jednotkou je 1 ampér na metr (A/m).

Je definována obdobně jako proudová hustota s tím, že elementárním "průřezem" je nyní element délky křivky $\mathrm{d}l$, přes který proud protéká:

$\mathbf{i}=\frac{I_{\mathrm{d}l}}{\mathrm{d}{l}_{\perp }}\mathbf{n}$, což lze v integrálním tvaru zapsat vztahem pro proud celým délkovým "průřezem" vodiče:

$I={\int }_l\mathbf{i}\cdot \mathit{\nu }\mathrm{d}l$, kde $\mathit{\nu }$ je jednotkový vektor normály ke křivce $l$ ležící v ploše vodiče.

Hustota plošného elektrického proudu vystupuje ve vztazích teorie elektromagnetického pole formulovaných v diferenciálním tvaru, které se týkají plošných vodičů nebo plošných rozhraní. Příkladem může být rovnice pro změnu vektoru intenzity magnetického pole na plošném rozhraní protékaném proudem o plošné proudové hustotě $\mathbf{i}$ (jednotkový vektor normály $\mathit{\nu }$ směřuje z prostředí (2) do prostředí (1):

$\mathit{\nu }\times ({\mathbf{H}}_1-{\mathbf{H}}_2)=\mathbf{i}$.

Poznámky

1. ↑ ČSN ISO 31-5 Veličiny a jednotky: Elektřina a magnetismus, Český normalizační institut, Praha 1994, tuto veličinu neuvádí; uvedené značení vychází z literatury.

1. ↑ ČSN ISO 31-5 Veličiny a jednotky: Elektřina a magnetismus, Český normalizační institut, Praha 1994

Literatura

• Horák Z., Krupka F.: Fyzika, 3. vydání, SNTL v koedici s ALFA, Praha 1981
• Feynman R. P., Leighton R. B., Sands M.: Feynmanovy přednášky z fyziky - díl 1/3, 1. české vydání, Fragment, 2000, ISBN 80-7200-405-0.
• Feynman, R. P., Leighton, R. B., Sands, M.: Feynmanovy přednášky z fyziky - díl 2/3, 1. české vydání, Fragment, 2006, ISBN 80-7200-420-4.
• Sedlák B., Štoll I.: Elektřina a magnetismus, 1. vydání, Academia, Praha 1993, ISBN 80-200-0172-7
• Kvasnica J.: Teorie elektromagnetického pole, 1. vydání, Academia, Praha 1985.
• Votruba V., Muzikář Č.: Theorie elektromagnetického pole, 1. vydání, Nakladatelství Československé akademie věd, Praha 1955.
• Stratton J. A.: Electromagnetic theory, McGraw-Hill, New York 1949. Český překlad Teorie elektromagnetického pole, SNTL, Praha 1961.

[zobrazit] Náklady na energie a provoz naší encyklopedie prudce vzrostly. Potřebujeme vaši podporu... Kolik ?? To je na Vás. Náš FIO účet — 2500575897 / 2010
Informace o článku. Článek je převzat z Wikipedie, otevřené encyklopedie, do které přispívají dobrovolníci z celého světa. Tento text je dostupný za podmínek Creative Commons 3.0 Unported – creativecommons.org. Originální článek na české Wikipedii