Что означает сила тока. Сила тока: определение, формулы

Думаю, вы не раз слышали такое словосочетание, как “сила тока”. А для чего нужна сила? Ну как для чего, для того чтобы совершать полезную или бесполезную работу. Главное, чтобы что-то делать. Наше тело тоже обладает силой. У кого-то сила такая, что может одним ударом разбить кирпич в пух и в прах, другой не сможет поднять даже и ложку. Так вот, дорогие мои читатели, электрический ток тоже обладает силой.

Представьте себе шланг, с которым вы поливаете свой огород.

Пусть шланг – это провод, а вода в нем – электрический ток. Мы чуть-чуть приоткрыли краник и вода побежала по шлангу. Медленно, но все таки побежала. Сила струи очень слабая. А давайте теперь откроем краник на полную катушку. В результате струя хлынет с такой силой, что можно даже полить соседский огород.

А теперь представьте, что вы наполняете ведро. Напором воды из краника или шланга вы его быстрее наполните? Диаметр шланга и краника при этом одинаковы

Разумеется, напором из желтого шланга! Но почему так происходит? Все дело в том, что объем воды за равный промежуток времени из краника и желтого шланга выйдет тоже разный.

Или иными словами, из шланга количество молекул воды выбежит намного больше, чем из краника за одно и то же время.

Что такое сила тока

С проводами точно такая же история). То есть за равный промежуток времени количество электронов, бегущих по проводу может быть абсолютно разное. Отсюда можно вывести определение силы тока.

Итак, сила тока – это количество электронов, проходящих через площадь поперечного сечения проводника за единицу времени , ну скажем, за секунду. Ниже на рисунке заштрихована зелеными линиями та самая площадь поперечного сечения провода, через который бежит электрический ток.

И чем бОльшее количество электронов “пробежит” по проводу через поперечное сечение проводника за какое-то время, тем больше будет сила тока в проводнике.

Или иначе формулой для чайника:

где

I – собственно сила тока

N – количество электронов

t – период времени, за которое эти электроны пробегут через поперечное сечение проводника.

Сила тока измеряется в так называемых Амперах , в честь французского ученого Андре-Мари Ампера.

Имейте также ввиду, что каждый отдельно взятый шланг выдерживает только определенный максимальный поток воды, иначе он или где-то продырявиться от такого напора, либо его просто разнесет по кускам. Так же и с проводами. Мы должны знать, какой максимальный ток мы можем прогонять через этот провод. Например, для медного провода сечением в 1мм 2 нормальное значение составляет 10 Ампер. Если мы будем подавать больше, то провод либо начнет греться, либо плавиться. На этом принципе завязаны . Поэтому, силовые кабели, через которые “бегут” сотни и тысячи ампер, берут большого диаметра и стараются делать из меди, так как ее удельное очень мало.

Электрическим током в электротехнике называется движение заряженных частиц по какому-либо проводнику. Эта величина не характеризуется лишь количеством энергии электричества, проходящей через проводник, так как за один и тот же проводник можно пропустить ток как разной, так и равной силы за разные промежутки времени. Именно поэтому не все так просто, как кажется. Рекомендуется ознакомиться с более развернутыми определениями электротока, чему он равен и как вычисляется. В этой статье будет объяснено, как найти силу тока в проводнике, будет дана формула этого уравнения.

Рассматривая количество электроэнергии, которое протекает через определенный проводник за различные временные интервалы, станет ясно, что за малый промежуток ток протечет более интенсивно, поэтому нужно ввести еще одно определение. Оно означает силу тока, протекающую в проводнике за секунду времени.

Основные величины, характеризующие поток электронов

Если сформулировать определение на основе всего вышеперечисленного, то сила электротока – это количество электроэнергии, проходящее через поперечное сечение проводника за секунду. Маркируется величина латинской буквой «I».

Гальванометр для измерения небольшой силы тока

Важно! Специалисты определяют силу электротока, равную одному амперу, когда через поперечное сечение проводника проходит один кулон электричества за одну секунду.

Часто в электротехнике можно увидеть другие единицы измерения силы электротока: миллиамперы, микроамперы и так далее. Связано это с тем, что для питания современных схем таких величин будет вполне достаточно. 1 ампер – это очень большое значение, так как человека может убить ток в 100 миллиампер, и потому электророзетка для человека ничуть не менее опасна, чем, к примеру, несущийся на скорости автомобиль.

Схема, определяющая рассматриваемое понятие

Если известно количество электроэнергии, которое прошло через проводник за конкретный промежуток времени, то силу (не мощность) можно вычислить по формуле, изображенной на картинке.

Когда электросеть замкнута и не имеет никаких ответвлений, через каждое поперечное сечение за секунду протекает одно и то же количество электричества. Теоретически это обосновывается так: заряд не может накапливаться в определенном месте, и сила электротока везде одинакова.

Виды токов

Источники тока

Источником электротока называется такой электротехнический прибор, который конвертирует определенный вид энергии в электрическую. Такие устройства делятся на физические и химические.

Принцип действия химических источников основан на преобразовании химической энергии в электрическую. Это преобразование происходит самостоятельно и не требует участия извне. В зависимости от возобновляемости элементов и типа реакций, они делятся на:

• Первичные (батарейки) Первичные источники нельзя использовать второй раз, если они разрядились, так как химические реакции, протекающие в них, необратимы. Они делятся на топливные и полутопливные элементы. Топливные аналогичны батарейкам, но химические вещества в них заправляются отдельно, как продукты химической реакции они выходят наружу. Это помогает им работать долгое время. Полутопливные включают в себя один из химических элементов, а второй постепенно поступает на протяжении всего использования. Их срок службы определяется запасом невозобновляемого вещества. Если для такого элемента возможна регенерация через зарядку, то он возобновляет свои возможности как аккумулятор.

Батарейки – как первичные химические источники тока

• Вторичные (аккумуляторы) перед использованием проходят цикл зарядки. Заряд, который они получают в процессе, можно транспортировать вместе с устройствами. После расходования заряда возможна его регенерация за счет зарядки и обратимости химической реакции. Также к вторичным относятся возобновляемые элементы, которые механическим или химическим путем заряжаются и восстанавливают способность питать приборы. Они разработаны таким образом, что после определенного срока требуют замены определенных частей для продолжения реакции.

Виды источников питания электрическим током

Важно! Следует понимать, что разделение на батарейки и аккумуляторы условно. Свойства аккумулятора могут проявляться, например, у щелочных батарей, которые можно реанимировать при определенной степени заряда.

Также по типу реагентов химические источники делятся на:

• Кислотные.
• Солевые.
• Щелочные.

Физические же источники электротока основаны на преобразовании механической, а также ядерной, тепловой или световой энергии в электрическую.

Промышленный генератор трехфазного тока

Сила тока – чему равна, в каких единицах она измеряется, как найти силу тока по формуле

Как уже стало понятно, сила электротока – это физическая величина, показывающая заряд, который проходит через проводник за единицу времени. Основная формула для ее вычисления выглядит так: I = q/t, где q – это заряд, который идет по проводнику в кулонах, а t – это временной интервал в секундах.

Рассчитать силу электротока можно и с помощью закона Ома. Он гласит, что эта величина равна напряжению сети в вольтах, деленному на ее сопротивление в омах. В связи с этим имеет место формула такого рода — I = U/R. Этот закон применим для расчета значений постоянного тока.

Чтобы вычислить переменные параметры электричества, нужно разделить найденные величины на квадратный корень из двух.

К сведению! Это более практичный метод измерения, и им приходится пользоваться часто, так как все приборы в доме или в офисе работают от розеток, которые подают переменный ток. Делается это из-за того, что с ним легче работать, его удобнее трансформировать.

Закон Ома в таблице

Важно! Наглядный пример работы переменного электротока можно наблюдать при включении люминесцентных ламп. Пока они полностью не загорятся, они будут моргать, потому что ток двигается в них то туда, то сюда.

Единицей измерения силы тока является ампер. Он определяется как сила неизменяющегося тока, который проходит по бесконечным параллельным проводникам с наименьшим круговым сечением (с минимальной площадью кругового сечения), отдаленным друг от друга на 1 метр и расположенным в безвоздушном вакуумном пространстве. Это взаимодействие на одном метре длины этих проводников, равное 2 × 10 в минус 7-й степени Ньютона. Если в проводнике за одну секунду времени проходит один кулон заряда, то сила тока в нем равна одному амперу.

Аккумуляторы являются вторичными источниками, но неразрывно связаны с батарейками

Зачем нужно измерять силу тока

Силу тока в проводнике или на участке электрической цепи измеряют для того, чтобы иметь понятие о характеристиках данного проводника или цепи. Так как сила тока – один из основных параметров электричества, он неразрывно связан с другими значениями по типу напряжения и сопротивления. Более того, как уже стало понятно, три этих величины могут пропорционально определять друг друга.

Солнечная панель также является источником, преобразующим световую энергию

Расчеты силы электротока делаются в разных случаях:

• При прокладке электрических сетей.
• При создании приборов.
• В образовательных целях.
• При выборе подходящих деталей для совершения тех или иных действий.

Схема устройства генератора тока

Электроприбор для измерения силы тока

Для измерения силы электротока используют специальный прибор под названием амперметр. Если требуется измерить токи самых разных сил, то прибегают к использованию миллиамперметров и макроамперметров. Чтобы измерить им требуемую величину, его подключают в цепь последовательно. Ток, который проходит через устройство, будет изменяться им, и данные будут выведены на цифровой дисплей или аналоговые шкалы.

Важно! Стоит помнить, что включать амперметр можно на любом участке сети, поскольку сила тока в простой замкнутой цепи без ответвлений одинакова во всех точках.

Современные тестеры и мультиметры содержат функцию измерения силы электротока, поэтому нет необходимости прибегать к габаритным приборам, предназначенным для промышленного использования

Силу тока в домашних условиях можно измерить с помощью мультиметра

Таким образом, сила электротока – это основополагающая характеристика движущихся частиц. Она не только дает понять, какое в сети напряжение и сопротивление, но и определяет другие важные величины по типу ЭДС и т. д.

«Физика — 10 класс»

Электрический ток — направленное движение заряженных частиц. Благодаря электрическому току освещаются квартиры, приводятся в движение станки, нагреваются конфорки на электроплитах, работает радиоприемник и т. д.

Рассмотрим наиболее простой случай направленного движения заряженных частиц — постоянный ток.

Какой электрический заряд называется элементарным?
Чему равен элементарный электрический заряд?
Чем различаются заряды в проводнике и диэлектрике?

При движении заряженных частиц в проводнике происходит перенос электрического заряда из одной точки в другую. Однако если заряженные частицы совершают беспорядочное тепловое движение, как, например, свободные электроны в металле, то переноса заряда не происходит (рис. 15.1, а). Поперечное сечение проводника в среднем пересекает одинаковое число электронов в двух противоположных направлениях. Электрический заряд переносится через поперечное сечение проводника лишь в том случае, если наряду с беспорядочным движением электроны участвуют в направленном движении (рис. 15.1, б). В этом случае говорят, что по проводнику идёт электрический ток .

Электрическим током называют упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц.

Электрический ток имеет определённое направление.

За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц.

Если перемещать нейтральное в целом тело, то, несмотря на упорядоченное движение огромного числа электронов и атомных ядер, электрический ток не возникнет. Полный заряд, переносимый через любое сечение, будет при этом равным нулю, так как заряды разных знаков перемещаются с одинаковой средней скоростью.

Направление тока совпадает с направлением вектора напряжённости электрического поля. Если ток образован движением отрицательно заряженных частиц, то направление тока считают противоположным направлению движения частиц.

Выбор направления тока не очень удачен, так как в большинстве случаев ток представляет собой упорядоченное движение электронов — отрицательно заряженных частиц. Выбор направления тока был сделан в то время, когда о свободных электронах в металлах ещё ничего не знали.

Действие тока.

Движение частиц в проводнике мы непосредственно не видим. О наличии электрического тока приходится судить по тем действиям или явлениям, которые его сопровождают.

Во-первых, проводник, по которому идёт ток, нагревается.

Во-вторых, электрический ток может изменять химический состав проводника: например, выделять его химические составные части (медь из раствора медного купороса и т. д.).

В-третьих, ток оказывает силовое воздействие на соседние токи и намагниченные тела. Это действие тока называется магнитным .

Так, магнитная стрелка вблизи проводника с током поворачивается. Магнитное действие тока в отличие от химического и теплового является основным, так как проявляется у всех без исключения проводников. Химическое действие тока наблюдается лишь у растворов и расплавов электролитов, а нагревание отсутствует у сверхпроводников.

В лампочке накаливания вследствие прохождения электрического тока излучается видимый свет, а электродвигатель совершает механическую работу.

Сила тока.

Если в цепи идёт электрический ток, то это означает, что через поперечное сечение проводника всё время переносится электрический заряд.

Заряд, перенесённый в единицу времени, служит основной количественной характеристикой тока, называемой силой тока .

Если через поперечное сечение проводника за время Δt переносится заряд Δq, то среднее значение силы тока равно

Средняя сила тока равна отношению заряда Δq прошедшего через поперечное сечение проводника за промежуток времени Δt, к этому промежутку времени.

Если сила тока со временем не меняется, то ток называют постоянным .

Сила переменного тока в данный момент времени определяется также по формуле (15.1), но промежуток времени Δt в таком случае должен быть очень мал.

Сила тока, подобно заряду, — величина скалярная. Она может быть как положительной , так и отрицательной . Знак силы тока зависит от того, какое из направлений обхода контура принять за положительное. Сила тока I > 0, если направление тока совпадает с условно выбранным положительным направлением вдоль проводника. В противном случае I

Связь силы тока со скоростью направленного движения частиц.

Пусть цилиндрический проводник (рис. 15.2) имеет поперечное сечение площадью S.

За положительное направление тока в проводнике примем направление слева направо. Заряд каждой частицы будем считать равным q 0 . В объёме проводника, ограниченном поперечными сечениями 1 и 2 с расстоянием Δl между ними, содержится nSΔl частиц, где n — концентрация частиц (носителей тока). Их общий заряд в выбранном объёме q = q 0 nSΔl. Если частицы движутся слева направо со средней скоростью υ, то за время все частицы, заключенные в рассматриваемом объёме, пройдут через поперечное сечение 2. Поэтому сила тока равна:

В СИ единицей силы тока является ампер (А).

Эта единица установлена на основе магнитного взаимодействия токов.

Измеряют силу тока амперметрами . Принцип устройства этих приборов основан на магнитном действии тока.

Скорость упорядоченного движения электронов в проводнике.

Найдём скорость упорядоченного перемещения электронов в металлическом проводнике. Согласно формуле (15.2) где е — модуль заряда электрона.

Пусть, например, сила тока I = 1 А, а площадь поперечного сечения проводника S = 10 -6 м 2 . Модуль заряда электрона е = 1,6 10 -19 Кл. Число электронов в 1 м 3 меди равно числу атомов в этом объёме, так как один из валентных электронов каждого атома меди является свободным. Это число есть n ≈ 8,5 10 28 м -3 (это число можно определить, если решить задачу 6 из § 54). Следовательно,

Как видите, скорость упорядоченного перемещения электронов очень мала. Она во много раз меньше скорости теплового движения электронов в металле.

Условия, необходимые для существования электрического тока.

Для возникновения и существования постоянного электрического тока в веществе необходимо наличие свободных заряженных частиц.

Однако этого ещё недостаточно для возникновения тока.

Для создания и поддержания упорядоченного движения заряженных частиц необходима сила, действующая на них в определённом направлении.

Если эта сила перестанет действовать, то упорядоченное движение заряженных частиц прекратится из-за столкновений с ионами кристаллической решётки металлов или нейтральными молекулами электролитов и электроны будут двигаться беспорядочно.

На заряженные частицы, как мы знаем, действует электрическое поле с силой:

Обычно именно электрическое поле внутри проводника служит причиной, вызывающей и поддерживающей упорядоченное движение заряженных частиц.
Только в статическом случае, когда заряды покоятся, электрическое поле внутри проводника равно нулю.

Если внутри проводника имеется электрическое поле, то между концами проводника в соответствии с формулой (14. 21) существует разность потенциалов. Как показал эксперимент, когда разность потенциалов не меняется во времени, в проводнике устанавливается постоянный электрический ток . Вдоль проводника потенциал уменьшается от максимального значения на одном конце проводника до минимального на другом, так как положительный заряд под действием сил поля перемещается в сторону убывания потенциала.

Что такое напряжение, и сила тока ?

Сегодня речь пойдет о самых базовых понятиях силы тока, напряжения, без общего понимания которых невозможно построение любого электротехнического устройства.

Итак, что же такое напряжение?

Попросту говоря напряжение — разница потенциала между двумя точками электрической цепи , измеряется в Вольтах. Стоит заметить что, напряжение всегда измеряется между двумя точками! То есть, когда говорят что напряжение на ножке контроллера 3 Вольта, подразумевается что разница потенциалов между ножкой контроллера и землей те самые 3 Вольта.

Земля(Масса, Ноль) — это точка электрической схемы с потенциалом 0 Вольт . Однако стоит заметить, что напряжение не всегда измеряется относительно земли. Например, замерив напряжение между двумя выводами контроллера, мы получим разницу электрических потенциалов данных точек схемы. То есть если на одной ножке 3 Вольта(То есть данная точка обладает потенциалом 3 Вольта относительно земли), а на второй 5Вольт(Опять же потенциал относительно земли), мы получим значение напряжения равное 2 вольтам, что равняется разнице потенциалов между точками 5 и 3 Вольта.

Из понятия напряжение вытекает следующее понятие — электрический ток. Из курса общей физики мы помним, что электрический ток есть направленное движение заряженных частиц по проводнику, измеряется в Амперах. Заряженные частицы движутся благодаря разнице потенциалов между точками. Принято считать, что ток происходит из точки с большим зарядом, в точку, обладающую меньшим зарядом. То есть, именно напряжение (разность потенциалов) создает условия протекания тока. При отсутствии напряжения — невозможен ток, то есть между точками с равным потенциалом ток отсутствует.

На своем пути, ток встречает препятствие в виде сопротивления, что препятствует его протеканию. Сопротивление измеряется в Омах. Подробнее о нем мы поговорим в следующем уроке. Однако, между током, напряжением и сопротивлением уже давно выведена следующая зависимость:

Где I — Сила тока в Амперах,U — Напряжение в Вольтах,R — Сопротивление в Омах.

Данное соотношение называется законом Ома. Так же справедливы следующие выводы из закона Ома:

Если у Вас ещё остались вопросы, задавайте их в комментариях. Лишь благодаря Вашим вопросам Мы сможем улучшить материал представленный на данном сайте!

На этом всё, в следующем уроке поговорим о сопротивлении.

Любое копирование, воспроизведение, цитирование материала, или его частей разрешено только с письменного согласия администрации MKPROG .RU . Незаконное копирование, цитирование, воспроизведение преследуется по закону!

Прохождение электрического тока через любую проводящую среду объясняется наличием в ней некоторого количества носителей заряда: электронов – для металлов, ионов – в жидкостях и газах. Как найти её величину, определяет физика силы тока.

В спокойном состоянии носители движутся хаотично, но при воздействии на них электрического поля движение становится упорядоченным, определяемым ориентацией этого поля – возникает сила тока в проводнике. Количество носителей, участвующих в переносе заряда, определяется физической величиной – силой тока.

От концентрации и заряда частиц-носителей, или количества электричества, напрямую зависит сила тока, проходящего через проводник. Если принять во внимание время, в течение которого это происходит, тогда узнать, что такое сила тока, и как она зависит от заряда, можно, используя соотношение:

Входящие в формулу величины:

• I – сила электрического тока, единицей измерения является ампер, входит в семь основных единиц системы Си. Понятие «электрический ток» ввёл Андре Ампер, единица названа в честь этого французского физика. В настоящее время определяется как ток, вызывающий силу взаимодействия 2×10-7 ньютона между двумя параллельными проводниками, при расстоянии 1 метр между ними;
• Величина электрического заряда, применённая здесь для характеристики силы тока, является производной единицей, измеряется в кулонах. Один кулон – это заряд, проходящий через проводник за 1 секунду при токе 1 ампер;
• Время в секундах.

Сила тока через заряд может вычисляться с применением данных о скорости и концентрации частиц, угла их движения, площади проводника:

I = (qnv)cosαS.

Также используется интегрирование по площади поверхности и сечению проводника.

Определение силы тока с использованием величины заряда применяется в специальных областях физических исследований, в обычной практике не используется.

Связь между электрическими величинами устанавливается законом Ома, который указывает на соответствие силы тока напряжению и сопротивлению:

Сила электрического тока здесь как отношение напряжения в электрической цепи к её сопротивлению, эти формулы используются во всех областях электротехники и электроники. Они верны для постоянного тока с резистивной нагрузкой.

В случае косвенного расчета для переменного тока следует учитывать, что измеряется и указывается среднеквадратичное (действующее) значение переменного напряжения, которое меньше амплитудного в 1,41 раза, следовательно, максимальная сила тока в цепи будет больше во столько же раз.

При индуктивном или емкостном характере нагрузки вычисляется комплексное сопротивление для определённых частот – найти силу тока для такого рода нагрузок, используя значение активного сопротивления постоянному току, невозможно.

Так, сопротивление конденсатора постоянному току практически бесконечно, а для переменного:

Здесь RC – сопротивление того же конденсатора ёмкостью С, на частоте F, которое во многом зависит от его свойств, сопротивления разных типов ёмкостей для одной частоты значительно различаются. В таких цепях сила тока по формуле, как правило, не определяется – используются различные измерительные приборы.

Для нахождения значения силы тока при известных значениях мощности и напряжения, применяются элементарные преобразования закона Ома:

Тут сила тока – в амперах, сопротивление – в омах, мощность – в вольт-амперах.

Электрический ток имеет свойство разделяться по разным участкам цепи. Если их сопротивления различны, то и сила тока будет разной на любом из них, так находим общий ток цепи.

Общий ток цепи равен сумме токов на её участках – при полном проходе через электрическую замкнутую цепь ток разветвляется, затем принимает исходное значение.

Видео

Сила тока. Единицы силы тока. 8-й класс

Цели урока:

• создать условия для понимания учащимися понятия силы тока, количества электричества и единицы её измерения;
• способствовать формированию информационной культуры;
• способствовать формированию коммуникативной культуры.

Структура урока:

1. Организация начала занятия.  
2. Повторение и актуализация опорных знаний.  
3. Изучение нового материала.  
4. Закрепление полученных знаний.  
5. Информационный блок.   
6. Подведение итогов занятия. Объяснение домашнего задания.  

Оборудование урока: компьютер с мультимедийным проектором, действия электрического тока, взаимодействие параллельных проводников при замыкании сети, видеофильм «Взаимодействие параллельных токов».

Ход урока

1. Организационный этап.

Учитель обеспечивает психологический настрой.

Учитель. Здравствуйте, ребята, садитесь. Достаньте тетрадь, ручку, учебник, дневник – всё это должно быть на столе.   Я надеюсь, что сегодня мы будем работать хорошо, проявлять познавательную и творческую активность. Хочу пожелать вам успехов на сегодняшнем уроке.

2. Повторение и актуализации знаний.

(Слайд 2) «Изучите азы науки, прежде чем взойти на её вершины. Никогда не беритесь за последующее, не повторив предыдущее» И.П. Павлов

Учитель. На прошлом  уроке мы узнали, по каким признакам можно определить электрический ток в проводниках.

• На столе у меня собрана электрическая цепь  с двумя электродами, электрической лампой. Я замыкаю ключ. Лампочка не горит. Почему?
• Опускаю  электроды в стакан с чистой водой,  лампочка не горит. Опускаю  в стакан с медным купоросом,  лампа загорается. Почему?
• По каким признакам вы узнали течение тока?
• Где на практике наблюдают действия тока?

(Слайд 3) Дополнительные вопросы:

• Чем отрицательный ион в электролите отличается от электрона?
• Почему в дистиллированной воде ток не проходит, а в водном растворе медного купороса проходит?
• Каким образом, опустив в стакан с водой два провода, присоединенные к полюсам источника тока, можно узнать, исправен ли он?
• Какие действия электрического тока проявляются в вашей квартире?

3. Изучение нового материала.

(Слайд 4) Как определить интенсивность действия тока? Для этого вводят физическую величину силу тока.

Итак, сегодня на уроке мы с вами должны выяснить, что характеризует сила тока, узнаем определение, обозначение, формулу и единицу измерения физической  величины.

(Слайд 5) Давайте подумаем, что изображено на этом слайде?

Отчего зависит сила тока?

Вывод: Сила тока зависит от заряда, проходящего через сечение проводника в единицу времени.

(Слайд 6) Следовательно, сила тока – заряд, проходящий через сечение проводника в 1 секунду.

Как вы думаете, можем ли мы измерить силу тока?

Чтобы измерить эту величину нужно установить единицу силы тока.

Как это можно сделать?

На Международной конференции по мерам и весам в 1948 году было решено в основу определения единицы силы тока,  положить взаимодействие двух проводников с током.

Опыт по взаимодействию проводников или видеофильм «Взаимодействие параллельных токов».

Вывод: 1) Токи направлены одинаково, проводники притягиваются; 2) Токи направлены противоположно, проводники отталкиваются.

Сила взаимодействия между параллельными проводниками зависит от длины проводников, расстояния между ними, среды и от силы тока в проводниках.

(Слайд 7) 1 ампер – сила тока, при которой отрезки параллельных проводников длиной 1 м в вакууме взаимодействуют с силой 0, 0000002 Н.

(Слайд 8) Впервые демонстрировал взаимодействие двух проводников с током А.М. Ампер, выдающийся французский математик и физик.

Историческая справка. Андре Мари Ампер славился своей рассеянностью. Про него рассказывали, что однажды он с сосредоточенным видом варил в воде свои часы 3 минуты, держа яйцо в руке.

(Слайд 9) Для измерения сильных токов используют единицы измерения килоампер, а слабых – миллиампер, микроампер.   

Миллиампер (мА)                Микроампер (мкА)               Килоампер (кА)

1 мА = 0,001 А                     1 мкА = 0,000001 А               1 кА = 1000 А

Какой заряд переносится через поперечное сечение проводника при силе тока 1 Ампер?

(Слайд 10) Единица заряда 1 кулон. Именно такой заряд переносится через поперечное сечение проводника при силе тока 1 ампер.

I = q/t → q = I · t;  1 Кл = 1 А · 1 с.        

Заряд электрона, выраженный в кулонах: е = -1,6 · 10^-19 Кл.

Заряд в 1 Кл практически невозможно сообщить телу, тогда как привести в движение  в проводнике заряд в 1Кл не представляет большого труда.

(Слайд 11) Силы тока  в быту, на практике.

•  сила тока в лампочке ≈ 2А
•  в электропылесосе ≈ 0,25 А
•  в электробритве ≈ 0,1 А
•  в двигателе электровоза ≈ 350 А
•  в молнии ≈ 106 А.

Молния – это кратковременный ток, продолжающийся около 0,001 с. Надо помнить, что сила тока больше 100мА приводит к поражению организма!

Лишь меньше 1мА – безопасна. 

(Слайд 12) Действия тока:

• 0–0,5 мА – действие отсутствует
• 0,5–2 мА – потеря чувствительности
• 2–10 мА – боль, мышечного сокращения
• 10–20 мА – растущее воздействие на мышцы, некоторые повреждения
• 20–100 мА – дыхательный паралич
• 100 мА–3А – желудочковые фибрилляции
• более 3А – остановка сердца

С любыми электрическими приборами надо обращаться осторожно. Всегда следует соблюдать правила безопасной работы и указания, записанные в техническом паспорте.

4. Закрепление полученных знаний.

(Слайд 13) Разноуровневые задачи на расчет силы тока, количества электричества, электронов.

1) Определите силу тока в электрической лампе, если через неё за 10 с проходит 5 Кл электричества.

А. 50 А; Б. 0,5 А; В. 2А.

2) Какой заряд проходит через пылесос, работавшей 10 мин, если сила тока в проводящем шнуре равна 5 А?

А. 50 Кл; Б. 300 Кл; В. 3000 Кл.

3) Какое количество электричества протекает через катушку гальванометра, включенного в цепь на 2 мин, если сила тока в цепи 12 мА? 

А. 0,024 Кл;   Б. 1,44 Кл; В. 24 Кл.

4)*  Сила тока в проводах вашей квартиры вечером равна 10 А. Какой заряд пройдет через вашу квартиру за 1 ч? А сколько электронов?

5. Информационный блок 

Презентация «Применение аккумуляторов» (Приложение 1)

6. Подведение итогов занятия. Объяснение домашнего задания.

(Слайды 14-15)

• § 37 прочитать и ответить на вопросы устно.
• Упражнение 14 (1, 2) письменно.
• Темы для сообщений:
  • Человек и молния. (О действии молнии на человека)
  • Кто виноват, что делать.(О правилах поведения во время грозы)
  • Шаровая молния. ( Публикации из СМИ)

Выставление отметок. Опрос: что нового было на уроке? что понравилось? что запомнилось? о чём ещё захотелось бы узнать?

Литература.

1. Балашов М.М. Физика классы 7-8. М.: Дрофа, 2005.
2. Дубровская  Л.И. Урок на тему электробезопасность // Физика в школе. 2001. №7. С.43–48.
3. Лукашик В.И., Иванова Е.В. Сборник задач по физике 7–9. М.: ОНИКС, 2006.
4. Перышкин А. В. Физика 8. М.: Дрофа, 2005.
5. Полянский С.Е. Поурочные разработки по физике 8 класс. М.: ВАКО, 2003.
6. Интерактивный курс «Открытая физика», под редакцией С.М.Козела.

Урока : познакомить учащихся с понятием

---

©dereksiz.org 2022
әкімшілігінің қараңыз

Урок 37. Сила тока. Амперметр. Цель урока: познакомить учащихся с понятием «сила тока», ввести единицу силы тока на основе опыта по взаимодействию проводников с током, формировать умение рассчитывать силу тока, анализировать, сравнивать, обобщать результаты эксперимента. План урока: 1 Организационный момент 2 Проверка домашнего задания 3 Актуализация знаний 4 Изучение нового материала 5 Формирование умений по решению задач, закрепление изученного материала 6 Подведение итогов. Домашнее задание. Ход урока: 1. Организационный момент. — Сегодня мы с вами начнем знакомство с характеристиками электрического тока. В начале урока проверим домашнее задание. К доске вызываются двое учащихся. Им дается задание на карточках. Пока они его выполняют, с остальными учащимися организуется фронтальный опрос. Карточка 1: Нарисуйте схему электрической цепи, состоящей из источника тока, ключа, двух лампочек, звонка и резистора. Все потребители подключены последовательно. Карточка 2: Нарисуйте схему электрической цепи состоящую из источника тока, ключа, резистора и лампы подключенных друг к другу параллельно. Фронтальный опрос: 1. Что такое электрический ток? 2. Каковы условия существования электрического тока? 3. Что такое электрическая цепь? 4. Что называется электрической схемой? 5. Каково назначение источника тока в электрической цепи? 6. Что необходимо, чтобы в электрической цепи существовал электрический ток? 7. Какие частицы являются носителями зарядов в металлах? Каков их знак заряда? 8. Какие действия электрического тока вам известны? Приведите примеры этих действий. 9. Какое направление принято за направление электрического тока. После опроса проверятся правильность выполнения заданий учащихся у доски. 2. Актуализация знаний. — Давайте еще раз вспомним, что представляет собой электрический ток? — Направленное движение заряженных частиц. — Каковы действия электрического тока? — Тепловое, химическое, магнитное и физиологическое. — Одинаковое ли тепловое действие оказывают ток, текущий по спирали камина и ток, текущий по проводам к этому же камину? — Нет, не одинаковое. Спираль камина нагревается сильнее, чем провода, значит ток в спирали оказывает более сильное тепловое действие. — От чего же это зависит? Наверно, от характеристик электрического тока. Сегодня мы с вами познакомимся с одной из них. Итак, тема нашего урока: «Сила тока. Единицы силы тока. Амперметр». 3. Изучение нового материала. — Итак, мы с вами вспомнили, что носителями электрических зарядов в металлах являются электроны. И что электрон – это отрицательно заряженная частица. Следовательно, когда он перемещается по проводнику, он переносит с собой отрицательный заряд. — Рассмотрим участок проводника. Выделим в нем некоторую площадь поперечного сечения, через которую за некоторое время t проходит какое-то количество электронов, которые за это время проносят через это сечение заряд q. Очевидно, что чем больше электронов пройдет через данное поперечное сечение проводника, тем больший заряд они перенесут. Так вот, отношение прошедшего заряда через поперечное сечение ко времени, в течение которого он был перенесен называется силой тока. Определение: Сила тока – это физическая величина, равная отношению электрического заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения. — Условное обозначение силы тока – I. ЗАРЯД СИЛА ТОКА = ——————— ВРЕМЯ — Запишите данную закономерность в виде формулы. q I = —— t сила тока — Единица измерения силы тока называется Ампер. Названа она так в честь французского ученого А. Ампера, который много сделал для изучения электромагнитных явлений. Краткая информация об ученом: Ампер Андре Мари (1775 — 1836) – французский физик и математик. Он создал первую теорию, которая выражала связь электрических и магнитных явлений. Ему принадлежит гипотеза о природе магнетизма. Именно он ввел в физику понятие «электрический ток». [I] = 1 А (Ампер) Определение: 1 Ампер – это сила тока, при которой проводники длиной 1 м взаимодействуют с силой 2∙10-7 Н. 1 мА = 0,001 А; 1 мкА = 0,000001 А; 1 кА = 1 000 А. Задание 1: произведите перевод производных единиц, в единицы системы СИ. 150 мА = 28 кА = 3600 мкА = Задание 2: произвести указанные переводы величин: 0,041 А = ……… мкА = ………. мА; 0, 55 А = ………мкА = ……….мА; 850 А = ……… кА. — Итак, сила тока – это физическая величина, а любую величину можно измерить. Для измерения силы тока существует прибор, который называется «Амперметр». Определение: Амперметр – прибор для измерения силы тока. Демонстрация амперметра. Задание: в параграфе 38 найти правила включения амперметра в электрическую цепь и записать в тетради. Правила подключения амперметра в электрическую цепь: — положительный полюс источника тока подключать к положительному полюсу амперметра, а отрицательный – к отрицательному; — амперметр всегда подключается последовательно с тем потребителем, в котором необходимо измерить силу тока. На схеме амперметр обозначается так. Схема электрической цепи, в которую включен Амперметр: 5. Формирование умений, закрепление изученного материала. Задача: рассчитайте силу тока в проводнике, если за 10 минут через площадь поперечного сечения проводника переносится заряд равный 1200 Кл. Фронтальная беседа: — От чего зависит интенсивность действий электрического тока? — Что такое сила тока? — Как определить силу тока? — Что принимают за единицу силы тока? — Что такое 1 Ампер? — Как выразить электрический заряд через силу тока и время прохождения тока по проводнику? — Как называется прибор для измерения силы тока? — Назовите правила включения амперметра в электрическую цепь. — Каково условное обозначение амперметра на электрической схеме. Подведение итогов. Домашнее задание: параграфы 37, 38, вопросы с. 87, 89. Каталог: DswMedia DswMedia -> «числа фибоначчи» DswMedia -> Мбоу «Конец-Борская оош» г. Краснокамска Пермского края рассмотрена DswMedia -> 1 Правила внутреннего распорядка основываются на принципах уважения прав и свобод человека и гражданина и являются обязательными для соблюдения всеми учащимися Школы DswMedia -> В первые дни января в Центральном округе Москвы работала Межрегиональная Зимняя школа «Учитель года» DswMedia -> Результаты работы гоу цо №1272 юао до г. Москвы в качестве городской экспериментальной площадки жүктеу/скачать 48.3 Kb. Достарыңызбен бөлісу:

Приложения | CDC

Расследование дела

Элемент данных	Тип	Коды	Примечания
Информация о местонахождении
Следователь	Открытый текст		Имя следователя
Идентификационный номер исследователя	Цифровой
Дата, назначенная для расследования	Дата
Идентификатор корпуса индекса	Цифровой		Создано автоматически
Номер лота (для связи связанных дел и контактов)	Цифровой		Для отслеживания кластеров
Индекс дела Фамилия	Открытый текст
Индекс регистра Имя	Открытый текст
Корпус индекса Предпочтительное имя	Открытый текст
ДОБ	Дата
Пол	Категориальный	М/Ж/Другое/Неизв.
Основной язык	Открытый текст/категория
Используемый переводчик	Категориальный	Д/Н/Н/П
Жилая улица Адрес	Открытый текст
Город проживания	Открытый текст
Округ проживания	Открытый текст
Государство проживания	Открытый текст
Почтовый индекс	Цифровой
Племенная принадлежность	Открытый текст
Родился в США	Категориальный	Д/Н/Н/П
Номер телефона 1	Цифровой
Номер телефона 2	Цифровой
Электронная почта 1	Открытый текст
Электронная почта 2	Открытый текст
ОК в текст	Категориальный	Да, Нет, Частично, Отказано
ОК на электронную почту	Категория	Да, Нет, Частично, Отказано
Гонка	Категориальный	Проверить все применить	Использовать перепись [454 КБ, 4 страницы] или категории HHS
Этническая принадлежность	Категориальный	Флажок	Использовать перепись [454 КБ, 4 страницы] или категории HHS
Дата собеседования Попытка 1	Дата
Интервью 1 произошло	Категория	Да, Нет, Частично, Отказано
Дата интервью Попытка 2	Дата
Интервью 2 произошло	Категориальный	Да, Нет, Частично, Отказано
Дата интервью Попытка 3	Дата
Интервью 3 произошло	Категориальный	Да, Нет, Частично, Отказано
Симптомы и клиническое течение
Лихорадка	Категориальный	Флажок (Д/Н/Н/П)
Кашель	Категориальный	Флажок (Д/Н/Н/П)
Одышка	Категориальный	Флажок (Д/Н/Н/П)
Диарея/ЖК	Категориальный	Флажок (Д/Н/Н/П)
Головная боль	Категориальный	Флажок (Д/Н/Н/П)
Боль в мышцах	Категориальный	Флажок (Д/Н/Н/П)
Озноб	Категориальный	Флажок (Д/Н/Н/П)
Боль в горле	Категориальный	Флажок (Д/Н/Н/П)
Рвота	Категориальный	Флажок (Д/Н/Н/П)
Боль в животе	Категориальный	Флажок (Д/Н/Н/П)
Заложенность носа	Категориальный	Флажок (Д/Н/Н/П)
Потеря обоняния	Категориальный	Флажок (Д/Н/Н/П)
Потеря чувства вкуса	Категориальный	Флажок (Д/Н/Н/П)
Болезнь	Категориальный	Флажок (Д/Н/Н/П)
Усталость	Категориальный	Флажок (Д/Н/Н/П)
Другие симптомы	Категориальный
Другие описания симптомов	Открытый текст
Дата появления симптомов	Дата
Тестирование на SARS-CoV-2	Категория	Флажок (Д/Н/Н/П)
Дата первого теста на SARS-CoV-2	Дата
Результаты первого теста на SARS-CoV-2	Категориальный	Положительный/отрицательный/эквивалентный/неопределенный
Дата последнего теста на SARS-CoV-2	Дата
Результаты последнего теста на SARS-CoV-2	Категориальный	Положительный/отрицательный/эквивалентный/неопределенный
Госпитализирован	Категориальный	Да, Нет, Частично, Отказано
Пневмония	Категориальный	Да, Нет, Частично, Отказано
ЭКМО
ОИТ	Категориальный	Да, Нет, Частично, Отказано
Смерть	Категориальный	Да, Нет, Частично, Отказано
Ход	Категория	Да, Нет, Частично, Отказано
МИ	Категориальный	Да, Нет, Частично, Отказано
Ранее существовавшие состояния
Хроническая болезнь легких	Категориальный	Да, Нет, Частично, Отказано
Диабет	Категориальный	Да, Нет, Частично, Отказано
Тяжелое ожирение (ИМТ>=40)	Категориальный	Да, Нет, Частично, Отказано
ССЗ	Категориальный	Да, Нет, Частично, Отказано
Хроническая болезнь почек	Категориальный	Да, Нет, Частично, Отказано
Хроническая болезнь печени	Категориальный	Да, Нет, Частично, Отказано
С ослабленным иммунитетом	Категориальный	Да, Нет, Частично, Отказано
Беременная (если женщина)	Категориальный	Да, Нет, Частично, Отказано
Факторы риска
Контакт с подтвержденным случаем COVID	Категориальный	Д/Н/Н/П
Работающий	Категориальный	Да/Нет-безработный/Нет-пенсионер/Нет-нетрудоспособный/Нет-студент
Если есть, то какая профессия	Открытый текст
Если работает, то какое рабочее место	Открытый текст
ОЗП	Категориальный	Д/Н/Н/П	Работа или волонтерство в медицинском учреждении
Если HCP, какая настройка
Больница	Категориальный	Флажок
Амбулаторная помощь	Категориальный	Флажок
Скорая помощь/пожарная служба/правоохранительные органы/оператор первой помощи	Категориальный	Флажок
Неотложная помощь	Категориальный	Флажок
Длительный уход	Категориальный	Флажок
Хоспис	Категориальный	Флажок
Название настройки HCP	Открытый текст
Адрес настройки HCP	Открытый текст
Настройка скопления	Категориальный	Д/Н/Н/П	Вы живете или работаете в месте скопления людей
Если собрать, то какой
Исправления	Категориальный	Флажок
Общежитие	Категориальный	Флажок
Групповой дом	Категориальный	Флажок
Многоквартирное домохозяйство	Категориальный	Флажок
Домохозяйство, состоящее из нескольких поколений	Категориальный	Флажок
Название настройки скопления	Открытый текст
Адрес настройки скопления	Открытый текст
Отслеживание контактов (во время окна выявления контактов)
Любой бытовой контакт	Категориальный	Д/Н/Н/П
Общее количество домашних контактов	Цифровой
Можете ли вы изолировать	Категория	Д/Н/Н/П	Добавьте в сценарий, что это означает (использование спальни и ванной комнаты вдали от других)
Вам нужна помощь в изоляции	Категориальный	Д/Н/Н/П
Любые интимные партнеры	Категориальный	Д/Н/Н/П	Партнеры, с которыми вы не проживаете
Общее количество интимных партнеров	Цифровой
Любые другие люди, находящиеся в тесном контакте, включая коллег по работе	Категориальный	Д/Н/Н/П

Универсальное определение спинового тока

Универсальное определение спинового тока

Скачать PDF

Скачать PDF

• Открытый доступ
• Опубликовано: 04 мая 2012 г.

• Z. An ¹ ,
• F. Q. Liu ¹ ,
• Y. Lin ¹ &
• …
• C. Liu ¹  

Научные отчеты том 2 , Номер статьи: 388 (2012) Процитировать эту статью

• 15 тыс. обращений

• 77 цитирований

• 4 Альтметрический

• Сведения о показателях

Темы

• Электронные свойства и материалы
• Магнитные свойства и материалы
• Квантовая физика
• Теория и вычисления

Abstract

Спиновый ток, ток орбитального углового момента и полный ток углового момента в тензорной форме были универсально определены в соответствии с квантовой электродинамикой. Величины их сохранения и уравнения неразрывности обсуждались в разных случаях. Выведены нерелятивистские аппроксимационные формы для объяснения их физического смысла и анализа некоторых экспериментальных результатов. Спиновый ток спиральных краевых состояний в квантовых ямах HgTe/CdTe рассчитан для демонстрации свойств спинового тока двумерной квантовой спин-холловской системы. На основе теории электродинамики в движущихся средах выводится обобщенный член спин-орбитальной связи в полупроводниковых средах. Рекомендуется использовать ток эффективного полного углового момента вместо чистого спинового тока для описания распределения поляризации и транспортных свойств в спинтронике.

Введение

Спинтроника ^1,2 , новая субдисциплинарная область физики конденсированного состояния, рассматривается как дающая надежду на новое поколение электронных устройств. К преимуществам устройств спинтроники можно отнести снижение энергопотребления и преодоление предела скорости электрического заряда ¹ . Две степени свободы спина позволяют передавать больше информации в квантовых вычислениях и квантовой информации. В последнее десятилетие появилось много интересных явлений, которые продвинули изучение спинтроники вперед. Спин-эффект Холла предсказывает эффективную спиновую инжекцию без использования металлических ферромагнетиков ³ и генерирует значительное количество бездиссипативного квантового спинового тока в полупроводнике ⁴ . Все это обеспечивает основу для разработки устройств спинтроники, таких как спиновые транзисторы, которые были предсказаны несколько лет назад ⁵ . В последние годы также были достигнуты экспериментальные успехи ^6,7 .

Поскольку Рашба сформулировал проблемы, присущие теории транспортных спиновых токов, управляемых внешними полями, и дал свое определение тензора спинового тока J _ij ⁸ , было несколько работ по определению спинового тока в разных случаях. Сан и др. предположил, что нет необходимости модифицировать традиционное определение спинового тока, но следует включить дополнительный термин, описывающий спиновое вращение, в ранее общепринятое определение ^9,10 . Модифицированное определение, данное Shi et al. ¹² решил проблему сохранения традиционного спинового тока в спин-орбитальной связанной системе. Его определение обеспечило теорию равновесной термодинамики, построенную на спинтронике, в соответствии с другими традиционными теориями переноса, например, соотношением Онзагера. Джин, Ли и Чжан ¹¹ впервые дал уравнение непрерывности спинового тока в единой теории SU (2) × U (1). Несохранение спинового тока было связано с неабелевой особенностью поля Янга-Миллса, и угловой момент был намеренно введен, чтобы отменить эффект несохранения. Они сделали аналогичный вывод нерелятивистского уравнения Шредингера и не использовали теорему Нётер. Таким образом, трудно выполнить точный анализ непрерывности спинового тока, и результат не может быть использован в системах, в которых следует рассматривать относительность (поведение электрона подчиняется уравнению Дирака).

Эффект Спин-Холла, жизненно важное явление, вызванное спин-орбитальной связью, широко изучался в течение многих лет, хотя микроскопическое происхождение эффекта все еще вызывает споры. Хирш и др. ¹³ сослался на то, что анизотропное рассеяние на примесях приводит к спин-эффекту Холла, в то время как внутренняя причина спин-холла была предложена Sinova et al. ³ . Как теоретические, так и экспериментальные работы, о которых недавно сообщалось, продемонстрировали достижения спиновой поляризации в полупроводниках ^14,15,16 .

В этом исследовании Spin Tucce J _S , Орбитальная угловая импульс (OAM) Ток J _L и общий угловой Momentum (TAM). Current J и общий угловой Momentum (TAM). Current J и общий угловой Momentum (TAM). J и общий угловой Momentum (TAM). , а также соответствующие уравнения неразрывности. В наших выражениях в тензорной форме оператор скорости α и оператор спина Σ хорошо отображают физический смысл спинового тока. Кроме того, были получены выражения нерелятивистского приближения (НРА) и предсказаны квантовые эффекты, которые нельзя вывести из предыдущих определений. Его существенное влияние на эффект конечного размера спинового тока рассчитано в системе Hg/CdTe. Рекомендуется использовать эффективный ТАМ и его ток для замены традиционных спиновых и спиновых токов в спинтронике.

Результаты

Текущий угловой момент в тензорной форме

Согласно теории квантовой электродинамики (КЭД) ¹⁷ , лагранжиан

может быть представлен двумя членами

, а соответствующий гамильтониан хорошо известен как

В соответствии с теоремой Нётер можно вывести следующее уравнение:1036 s выражается как

, а текущий OAM J _L

с . Здесь γ _µ — матрица Дирака, а . Детали вывода уравнения (7) показаны в методах.

Лоренц-инвариантность лагранжиана обеспечивает сохранение тока ТАМ Дж _Дж электронов. Уравнение (6) показывает, что спиновый ток сам по себе не сохраняется, если только орбитальный угловой момент не фиксирован.

Тензорная форма в трехмерном пространстве

Необходимо связать определение спинового тока Дж _S с традиционными описаниями в спинтронике. Используя оператор и , уравнение (7) превращается в следующее (подробности см. в разделе «Методы»)

, таким образом, оператор спинового тока равен

, где и – оператор скорости и оператор спина в уравнении Дирака, соответственно.

В традиционном определении ⁹ оператор плотности спинового тока означает носители со спином, текущим со скоростью . Однако традиционное определение, основанное на аналогии с классическим током, не может точно описать спиновый ток, потому что спин является внутренним физическим свойством квантовой теории.

В релятивистской квантовой механике четко описан физический смысл оператора скорости. Также следует отметить, что существует связь между электрическим током и спиновым током по порядку (что показано в Обсуждении). Эффект спин-орбитальной связи требует замены оператора импульса оператором .

Deriving the expression of the OAM current J _L and the TAM J _J is similar to that of spin current J _s :

where OAM operator .

Поток углового момента фотонов

Создание и управление поляризацией электронов жизненно важно для спинтроники. Основной метод заключается в том, чтобы позволить электрону поглощать или излучать фотоны, чтобы изменить свое спиновое состояние.

Соответствующие термины для описания спинового тока фотона, тока ОАМ и тока ТАМ для поля Максвелла равны

соответственно. Здесь . Очевидно, что только ток ТАМ удовлетворяет уравнению непрерывности

Выбирая ток ТАМ Дж _Дж (без фотонного поля) или (в общем случае) можно оставить традиционную теорию неизменной, подобно теории Онзагера соотношение и закон сохранения, которые построены на теории равновесного состояния.

Выражение NRA

Чтобы легко обсуждать и описывать физический смысл выражения тока, необходимо иметь нерелятивистскую форму спинового тока. После некоторых утомительных упрощений (показанных в Методах) мы получаем нерелятивистское выражение спинового тока, тока ОАМ и тока ТАМ.

, где используются два важных отношения

. Показано, что результат полностью эквивалентен уравнениям (9), (10) и (11) до порядка . Очевидно, не только традиционный член спинового тока, но и другой член

вносит вклад в спиновый ток в том же порядке.

В квантовой физике есть некоторые квантовые эффекты, которые нельзя сравнивать с классической теорией. Термин (18) может быть описан только как «похожий» как своего рода квантовое вращение. В работе Сана ⁹ дополнительный термин ω _s используется для описания вращения спина, потому что полное описание векторного тока должно включать поступательное и вращательное движения, как показывает классическая теория. Здесь точно выведенный член (18) дает два важных вывода: во-первых, традиционное определение спинового тока не может обеспечить сохранение спина, что было широко принято. Во-вторых, слагаемое (18) вызывает так называемое квантовое вращение, индуцирующее свойство несохранения спинового тока, о котором упоминается в статье Сана 9.0961 9 и в газете Джина ¹¹ .

Что еще более важно, поскольку член (18) с «i» в его коэффициенте обозначает его квантовый эффект, который не может быть аналогичен классически, он не только вносит вклад в величину спинового тока в том же порядке, что и с традиционным определением, но также предсказывают некоторые важные эффекты, такие как спиновой эффект Холла.

Спиральные краевые состояния в квантовой системе SHE

Мы выбираем модель Кейна для полупроводников, заключенных в гетеропереходе HgTe/CdTe. Параметры взяты из ссылки ¹⁸ .

Рис. 1 показывает спиновый ток нашего определения. Волновые функции Ψ( k _x , y ) являются краевыми состояниями для L = 200  нм . Показано, что ток существует не только в объеме, но и на обоих краях (в зависимости от параметров пространственного распределения волновых функций λ ₁ , λ ₂ и кинетического импульса k в эталоне ¹⁸ ) , а по традиционному определению 9 спинового тока не существует0942

с.

Рисунок 1

Спиновый ток ψ _↑+ ( K _x , y ) при K = 0,01 NM ) K = 0,01 NM ^{. k _x , y ) при k = −0,01  нм −1 , спин вверх, спин вниз и сумма.}

Изображение полного размера

Когда k = 0, спиновый ток все еще существует на поверхности, как показано на рис. 2. Этот отличительный характер, отличный от традиционного электрического тока, обсуждался в предыдущих статьях ^1,3,4 . Рис. 2

Изображение в натуральную величину

Следует отметить, что поверхностный эффект спинового тока может быть значительно усилен наличием слагаемого (18). Поскольку квантовое вращение намного сильнее на краях, оно вносит гораздо больший вклад, чем традиционное определение спинового тока.

Уравнения сохранения и неразрывности

Как уже отмечалось, сохранение спинового тока — противоречивый вопрос. Принимая во внимание разные случаи, были сделаны разные выводы. В нерелятивистской квантовой механике спин является сохраняющейся величиной, когда ОУМ заморожен. Уравнение неразрывности имеет вид

. Когда ОУМ не заморожен (подходит для большинства спинтронных систем), уравнение неразрывности (19) превращается в

. Эффект спин-орбитальной связи делает спин уже не хорошим квантовым числом. Из-за ТАМ Дж — хорошее квантовое число, для описания явлений переноса можно выбрать только ТАМ и соответствующий ему ток Дж _Дж . Теория КЭД указывает на то, что ТАМ электрона не может сохраняться во внешнем поле. Преобразование Лоренца лагранжиана системы дает уравнение непрерывности

Уравнение (20) показывает, что ТАМ системы (электроны и фотоны) остается в состоянии сохранения. Его можно записать в другой форме

Существование позволяет электронам и фотонам обмениваться угловым моментом по некоторым определенным правилам. Это как раз теоретическое обоснование экспериментов, а именно, поглощая и испуская фотоны, ТАМ электрона можно изменить. Поскольку сам спиновый ток не сохраняется, уравнение его скорости можно вывести с помощью уравнения движения Гейзенберга (показанного в разделе «Методы»).

ТАМ в полупроводниках

NRA уравнения Дирака (5) можно записать

, где

и

H ₂ называется спин-орбитальной связью, которая является одной из основ спинтроники. Для изучения транспортных свойств необходимо учитывать электромагнитную восприимчивость. В случае сред, имеющих относительную скорость относительно носителей, электромагнитное поле в поляризованных средах, взаимодействующих с носителями, равно

, где — относительная скорость сред в поле. Подставляя эти соотношения в уравнение (21) и используя соотношение

гамильтониан (до ) превращается в

Спин-орбитальное взаимодействие H ₂ превращается в большее . Согласно теории КЭД, спин-орбитальная связь индуцируется электрическим полем, в котором электрон движется со скоростью, действующей на спин электрона.

Для движущихся носителей необходимо учитывать ОУМ в расчете с учетом электромагнитной поляризации в твердотельных средах под действием внешнего поля. Это означает, что не только спин, но и ОУМ связаны с электрическим полем. При , член связи (28) снова принимает вид (29), то же, что и традиционная спин-орбитальная связь. Однако при накопление орбитального угла влияет на член связи в той же степени, что и на спин. Таким образом, ОАМ становится решающим для описания поляризации системы.

Согласно теории спин-холла, носители, несущие разные спины, текут в противоположных направлениях. В нашем случае носители с разными угловыми моментами ( j , j _z ) текут в разные стороны. Единственное отличие состоит в том, что OAM включен в нашу модель. Следует отметить, что это условие обычно выполняется для большинства полупроводников, таких как составные полупроводники III-V, такие как GaAs и GaN. Таким образом,

Согласно соотношению эффективного значения Ланде г и эффективной массы, г в уравнении (30) следует заменить на г * в полупроводниках ¹⁹ . Из них следует, что спин должен заменить физическую величину в более общих случаях.

Обсуждение

Согласно уравнению (15) недиагональный матричный элемент спинового тока, который можно определить по формуле

, пропорционален матричному элементу оператора плотности тока в КЭД.

Уравнение (31) показывает, что спиновый ток Дж _xz пропорционален зарядному току Дж _y . Этот результат совпадает с экспериментальными данными в работе Като ⁶ , что сильно поддерживает наше определение. Таким образом, был обеспечен теоретический подход к оценке и расчету спинового тока через плотность электронных состояний. Тем временем была сформулирована связь между спиновой холловской проводимостью и зарядовой проводимостью, заложившая основу электрически индуцированной электронно-спиновой поляризации в спинтронике.

Чжан предложил полуклассическое уравнение типа Больцмана для описания распределения спинов ²⁰ . Подобное поведение также можно вывести из нашего определения с учетом эффектов конечного размера. В системе спиновый ток равен

. J _t и J _e являются традиционным определением спинового тока и дополнительным членом (18) соответственно. Как показано в Методах, J _T является пропорциональными K _x , а именно

, но J _E является независимым на K E . электронов в направлении y , а именно

Это аналогичный результат по сравнению с уравнениями. (12) и (13) в работе Чжана ²⁰ . Спин накапливается в направлении y, что точно совпадает с его выводом, сделанным из аномального поля Холла. Спиновая диффузия определяется параметрами ω и D в своем кабинете. Однако в нашем выражении спиновая диффузия определяется параметрами пространственного распределения λ ₁ и λ ₂ ¹⁸ . Теперь обсудим спин-холловский эффект в объемной системе GaAs с учетом эффекта спин-орбитальной связи. Согласно уравнению (28), эффект Рашбы можно записать в виде c _i k _i j _i

81 . , и накапливаются на одном ребре, а , , на другом ребре, а именно ТАМ j скапливается на обоих краях. Легко найти, что с обеих сторон

Керровский угловой поворот ²¹ пропорционален выражению

, где Ψ _a — основное состояние, Ψ _b — состояние возбуждения является энергетическим зазором. При происходит керровское вращение.

Накопление ТАМ j дает то же изображение, что и традиционный эффект спин-холла. Обратите внимание, что на самом деле спин не накапливается, поэтому ОУМ играет важную роль в накоплении. Тем более, что ТАМ J предлагает больше степеней свободы, с его помощью можно передавать больше информации при тех же условиях. Таким образом, спин-орбитальная связь рассматривалась как связь ТАМ j с электрическим полем в системах с большим . Рекомендуется использовать ток TAM j вместо спинового тока для описания движения носителей с разными угловыми моментами. Физическую природу накопления поляризации и керровского вращения можно объяснить с помощью нашей теории.

Методы

Определение спинового тока

Лагранжиан системы ¹⁷ of is

Согласно теореме Нётер, когда ,

Когда ,

Здесь — текущий оператор спина и является текущим оператором OAM.

где .

Тензорная форма

В представлении Дирака имеем

NRA-форма спинового тока

Тензорная форма спинового тока равна

и

, где . Таким образом,

Уравнение. (35) превращается в

Выражения NRA для тока ОАМ и тока ТАМ аналогичны, за исключением того, что (σ) _Σ следует заменить операторами L и J соответственно.

Импульсный поток Фотонов

Лагранжиан системы с = 1 ¹⁷ равен

Подобно , . По теореме Нётер получается

Ток OAM и спиновой ток равны

где .

Уравнения движения токов углового момента

Согласно уравнению Гейзенберга имеем

Из-за соотношений

а именно,

уравнение (36) превращается в

Эффект спина-Холла в конечном размере эффект

Для краевых состояний Ψ _↑+

Для краевых состояний Ψ _↑−

Спин-орбитальная связь в средах

Согласно уравнениям Максвелла в среде

первый член в НРА уравнения Дирака получается равным

Следовательно,

Ссылки

• Жутич И. , Фабиан Дж. и Сарма С. Д. Spintronics: Fundamentals и приложений. Преподобный Мод. физ. 76, 323 (2004).

  ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

• Wolf, S.A. et al. Spintronics: видение электроники на основе спина в будущем. Наука 294, 1488–1495 (2001).

  КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

• Sinova, J. et al. Универсальный внутренний эффект спинового зала. физ. Преподобный Летт. 92, 126603 (2004).

  ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

• Мураками С., Нагаоса Н. и Чжан С. Квантовый спиновый ток без диссипации при комнатной температуре. Наука 301, 1348–1351 (2003).

  КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

• Датта С. и Дас Б. Электронный аналог электрооптического модулятора. заявл. физ. лат. 56, 665 (1990).

  КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

• Като, Ю. К., Майерс, Р.К., Госсард, А.К. и Авшалом, Д.Д. Наблюдение эффекта спинового зала в полупроводниках. Наука 306, 1910–1913 (2004).

  КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

• Мацудзака, С., Оно, Ю. и Оно, Х. Зависимость спинового эффекта Холла от электронной плотности в GaAs, исследованная с помощью сканирующей керровской микроскопии. физ. Ред. В 80, 241305 (2009).

  ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

• Рашба, Э. И. Спиновые токи в термодинамическом равновесии: проблема распознавания транспортных токов. физ. Ред. В 68, 241315 (2003).

  ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

• Sun, Q. F. & Xie, X. C. Определение спинового тока: угловой спиновый ток и его физические последствия. физ. Ред. В 72, 245305 (2005).

  ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

• Сунь, К. Ф., Се, X. С. и Ван, Дж. Постоянный спиновый ток в наноустройствах и определение спинового тока. физ. Ред. В 77, 035327 (2008).

  ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

• Джин, П., Ли, Ю. и Чжан, Ф. SU(2)*U(1) единая теория зарядового, орбитального и спинового токов. Дж. Физ. А 39, 7115 (2006).

  КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ MathSciNet Статья Google ученый

• Ши, Дж., Чжан, П., Сяо, Д. и Ню, К. Правильное определение спинового тока в спин-орбитальных связанных системах. физ. Преподобный Летт. 96, 076604 (2006).

  ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

• Хирш, Дж. Э. Эффект спин-холла. физ. Преподобный Летт. 83, 1834 (1999).

  КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

• Оно, Ю. и др. Электрическая спиновая инжекция в ферромагнитной полупроводниковой гетероструктуре. Природа 402, 790–792 (1999).

  КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

• Томброс, Н., Джожа, К., Попинчук, М., Йонкман, Х. Т. и ван Вис, Б. Дж. Электронный перенос спина и прецессия спина в отдельных слоях графена при комнатной температуре. Природа 448, 571–574 (2007).

  КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

• Валенсуэла, С. и Тинкхэм, М. Прямое электронное измерение эффекта спинового зала. Природа 442, 176–179 (2006).

  КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

• Пескин М.Е. и Шредер Д.В. Введение в квантовую теорию поля (Westview Press, 1994), репр. изд.

• Чжоу, Б., Лу, Х., Чу, Р., Шен, С. и Ню, К. Эффекты конечного размера на спиральных краевых состояниях в квантовой системе спин-холла. физ. Преподобный Летт. 101, 246807 (2008).

  ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

• Шен, К. , Венг, М. К. и Ву, М. В. g-фактор электронов L-долины в объемном GaAs и AlAs. Дж. Заявл. физ. 104, 063719 (2008).

  ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

• Чжан, С. Эффект спинового зала в присутствии спиновой диффузии. физ. Преподобный Летт. 85, 393 (2000).

  КАС ОБЪЯВЛЕНИЯ Статья Google ученый

• Кондон, Э. и Шортли, Г. Х. Теория атомных спектров (Унив. Пресс, Кембридж, 1977), репр. изд.

Ссылки на скачивание

Благодарности

Работа выполнена при поддержке NSFC (гранты № 11175135, 11074192).

Информация об авторе

Авторы и организации

1. Ключевая лаборатория искусственных микро- и наноструктур Министерства образования и Школа физики и технологий, Уханьский университет, Ухань, 430072, Китай

   Z. An, F. Q. Liu, Y. Lin и C. Liu

Авторы

1. Z. An

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

2. F. Q. Liu

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

3. Y. Lin

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Академия

4. C. Liu

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

Contributions

AZ выполнил всю работу по выведению под руководством LFQ и LC. LY присутствовал на обсуждении. Все авторы внесли свой вклад в написание рукописи.

Декларации этики

Конкурирующие интересы

Авторы не заявляют о конкурирующих финансовых интересах.

Права и разрешения

Эта работа находится под лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareALike 3. 0 Unported License. Чтобы просмотреть копию этой лицензии, посетите http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/

Перепечатки и разрешения

Об этой статье

Комментарии

Отправляя комментарий, вы соглашаетесь соблюдать в соответствии с нашими Условиями и Принципами сообщества. Если вы обнаружите что-то оскорбительное или не соответствующее нашим условиям или правилам, отметьте это как неприемлемое.

Скачать PDF

Текущее определение учетной записи

По

Юлия Каган

Полная биография

Юлия Каган пишет о личных финансах более 25 лет и для Investopedia с 2014 года. Бывший редактор Consumer Reports , она является экспертом в области кредитов и долгов, пенсионного планирования, домовладения, вопросов занятости, и страхование. Она окончила Брин-Мор-колледж (бакалавр истории) и имеет степень магистра искусств в области документальной литературы в Беннингтон-колледже.

Узнайте о нашем редакционная политика

Обновлено 25 июля 2021 г.

Рассмотрено

Маргарет Джеймс

Рассмотрено Маргарет Джеймс

Полная биография

Пегги Джеймс — дипломированный бухгалтер с более чем 9-летним опытом работы в области бухгалтерского учета и финансов, включая корпоративные, некоммерческие и личные финансы. Последнее время она работала в Университете Дьюка и является владельцем Peggy James, CPA, PLLC, обслуживающей малый бизнес, некоммерческие организации, индивидуальных предпринимателей, фрилансеров и частных лиц.

Узнайте о нашем Совет финансового контроля

Факт проверен

Сюзанна Квилхауг

Факт проверен Сюзанна Квилхауг

Полная биография

Сюзанна — исследователь, писатель и специалист по проверке фактов. Она имеет степень бакалавра финансов в Государственном университете Бриджуотер и работала над печатным контентом для владельцев бизнеса, национальных брендов и крупных изданий.

Узнайте о нашем редакционная политика

Что такое текущий счет?

Текущий счет представляет собой сводную ведомость с подробным описанием финансовых результатов деятельности отдельного страхового агента за определенный период. Эти отчеты составляют основу для сверки счетов между страховщиком и агентом. Текущий счет является основой для бумажного следа, поскольку страховые взносы, уплаченные держателями полисов, перемещаются между страховой компанией, агентствами и агентами.

Ключевые Takeaways:

• Текущий счет является сводным отчетом о деятельности отдельного страхового агента за период.
• Текущий счет необходим для согласования счетов между страховщиком и агентом.
• Статьи текущего счета включают валовые страховые взносы, комиссионные агентства, чистую сумму к оплате в текущем отчете, а также платежи, сделанные или полученные между каждым представлением отчетности.
• Текущий счет гарантирует своевременную выплату премий генеральным агентам или страховым компаниям в соответствии с фидуциарными обязанностями агента.

Понимание текущего счета

Текущий счет подробно описывает финансовые компоненты деятельности страхового агента. Заявление обычно является исчерпывающим, поскольку в нем указываются премиальные и претензионные показатели на уровне отдельных политик. Бухгалтерский учет также обычно показывает сводную информацию о транзакциях в виде записи остатков задолженности. Эти остатки причитаются либо страховому агенту, либо страховщику в зависимости от остатка уплаченных требований, выписанных премий, возвращенных премий и комиссий.

Сводные статьи текущего счета могут включать валовые премии, комиссионные агентства, чистую сумму к оплате в текущем отчете и платежи, сделанные или полученные между каждым представлением отчетности.

Отдельные столбцы строк для каждого полиса могут включать имя агента, подписавшего полис, номер полиса, имя застрахованного лица, дату оформления полиса и сумму страхового взноса по страховому полису. Другие пункты включают процент комиссии агента, фактическую сумму комиссии в долларах и чистую сумму, причитающуюся страховщику за этот конкретный полис.

Текущие отчеты по счетам страховых операций

Из-за финансового соглашения со страховой компанией, в которой они работают, страховым агентствам требуется уровень бухгалтерского учета, выходящий за рамки стандартного отчета о прибылях и убытках (P&L). Доход страхового агента формируется за счет части премии, выплачиваемой по страховому полису. Хотя застрахованные лица обычно выплачивают страховые взносы непосредственно своим агентам, другие лица могут претендовать на некоторую часть страховых взносов.

Например, страховое агентство получает комиссионные и сборы, полученные от продажи страхового полиса. После этого чистые премии принадлежат генеральным агентам или страховым компаниям, в зависимости от структуры агентства. Застрахованные лица имеют право на возврат премий, если их страховой полис аннулируется до истечения срока его действия.