SATE1110 SÄHKÖMAGNEETTINEN KENTTÄTEORIA

Esitys aiheesta: "SATE1110 SÄHKÖMAGNEETTINEN KENTTÄTEORIA"— Esityksen transkriptio:

1 SATE1110 SÄHKÖMAGNEETTINEN KENTTÄTEORIA
VIRTA, VIRTATIHEYS JA JOHTEET

2 Sähkövirta I Yksikkö A = C/s Virtatiheys J (A/m2)
= tietyn pisteen tai tietyn pinta-alan läpi kulkevan sähkövarauksen määrä aikayksikössä Yksikkö A = C/s Virtatiheys J (A/m2) SATE / mv

3 Varaus Q tyhjössä E +Q v Tyhjössä olevassa sähkökentässä E varaukseen Q vaikuttava voima F = QE saa aikaan vakiokiihtyvyyden => Varaus liikkuu E:n suuntaan kiihtyvällä nopeudella v. SATE / mv

4 Varaus Q nesteessä / kaasussa
Nesteessä tai kaasussa varaus Q törmäilee väliaineen hiukkasiin suunta vaihtuu satunnaisesti. Vakio kentässä E ja homogeenisessa väliaineessa on keskimääräinen kentän suuntainen nopeus v (= kenttänopeus) E +Q v SATE / mv

5 Liikkuvuus m Kenttänopeus v on suoraan verrannollinen kentänvoimakkuuteen E. m = liikkuvuus (m2/Vs) vaihtelee lämpötilan ja kappaleen kiderakenteen mukaan SATE / mv

6 Virtatiheys J Tilavuusvaraustihentymä rV liikkuu oikealle kenttänopeudella v. Tihentymän kulkiessa pinta-alan S lävitse, se aikaan saa konvektiovirran, jonka virtatiheys on S V v rV SATE / mv

7 Johdinvirtatiheys J Aiheutuu johtimen sisällä olevasta sähkökentästä:
SATE / mv

8 Johtavuus s nesteessä / kaasussa
Aiheuttajina positiiviset ja negatiiviset ionit: E J SATE / mv

9 Aiheuttajina valenssielektronit:
Johtavuus s johteissa Aiheuttajina valenssielektronit: E J SATE / mv

10 Johtavuus s puolijohteissa
Aiheuttajina elektroni-aukko -parit: E J SATE / mv

11 Virta I Jos virrantiheys J kulkee pinta-alan S lävitse dS J S
SATE / mv

12 Kokonaisvirta I johtimessa
Kun vakiopoikkipintaiseen A pituudeltaan l olevan johtimen päiden välillä on potentiaaliero eli jännite U, niin U E, J l A olettaen, että virta on tasaisesti jakautunut pinta-alalle A. SATE / mv

13 Johtimen resistanssi R virtatiheyden ollessa vakio
Em. tilanteessa kokonaisvirta: Ohmin lain mukaisesti: SATE / mv

14 Johtimen resistanssi R virtatiheyden ollessa ei-vakio
Ohmin lain mukaisesti: Jos vain sähkökentän voimakkuus on tiedossa: SATE / mv

15 Virtatason virtatiheys K
Kun kokonaisvirta I kulkee suuntaan z sylinterinmuotoista (säde r) tasoa, niin jokaisessa ko. tason pisteessä z r Yleisessä muodossa integroidaan K:n normaalikomponenttia: K SATE / mv

16 Virran jatkuvuusehto Suljetulla pinnalla: SATE / mv

17 Johteen ja eristeen väliset rajapintaehdot
Sähkökenttä on konservatiivinen => 1 2 Eriste Johde 4 3 SATE / mv

18 Sähkökenttä ja vuontiheys johteessa
Staattisessa tilanteessa kaikki varaukset ovat johtimen ulkopinnalla SATE / mv

19 Sähkökentän ja vuontiheyden tangentiaalinen komponentti rajapinnassa
SATE / mv

20 Gaussin lain sovellus rajapinnassa
Sähkövuon tiheyden tangentiaalinen komponentti on 0 Dn dSyläp. yläp. S Eriste Johde dSalap. alap. SATE / mv

21 Gaussin lain sovellus rajapinnassa
Sähkövuon tiheys johteessa on 0 Sähkövuon tiheyden suunta ylälaipassa on tason pinnalle normaali: SATE / mv