نحوه بدست آمدن فرمول جریان الکتریکی

فرمول محاسبه جریان الکتریکی، یعنی $I = \frac{Q}{t}$، از تعریف جریان الکتریکی به عنوان نرخ عبور بار الکتریکی از یک سطح مقطع در واحد زمان به دست میاد.

تاریخچه و نحوه به دست آوردن فرمول:

1. مشاهدات اولیه:
   • دانشمندان متوجه شدند که وقتی یک ولتاژ به دو سر یک رسانا اعمال میشه، بارهای الکتریکی در اون حرکت می‌کنند.
   • این حرکت بارهای الکتریکی رو “جریان الکتریکی” نامیدند.
2. تعریف جریان الکتریکی:
   • جریان الکتریکی به عنوان مقدار باری تعریف میشه که در واحد زمان از یک سطح مقطع عبور می‌کنه.
   • به عبارت دیگه، اگه مقدار Q بار الکتریکی در مدت زمان t از یک سطح مقطع عبور کنه، جریان الکتریکی برابر است با: $I = \frac{Q}{t}$ که در اون:
     • $I$: جریان الکتریکی (واحد: آمپر، A)
     • $Q$: مقدار بار الکتریکی (واحد: کولن، C)
     • $t$: زمان (واحد: ثانیه، s)
3. جهت جریان الکتریکی:
   • به طور قراردادی، جهت جریان الکتریکی، جهت حرکت بارهای مثبت در نظر گرفته میشه.
   • در واقعیت، در بیشتر رساناها (مثل فلزات)، این الکترون‌ها (بارهای منفی) هستند که حرکت می‌کنند.
   • با این حال، برای سادگی، جهت جریان الکتریکی رو همواره جهت حرکت بارهای مثبت در نظر می‌گیریم.
4. ارتباط با سرعت بارهای متحرک:
   • جریان الکتریکی رو میشه بر حسب سرعت بارهای متحرک هم بیان کرد.
   • فرض کنید n بار متحرک با بار q و سرعت متوسط v در واحد حجم وجود داشته باشند.
   • در این صورت، جریان الکتریکی برابر است با: $I = nqAv_d$ که در اون:
     • $n$: تعداد بارهای متحرک در واحد حجم
     • $q$: بار هر ذره
     • $A$: مساحت سطح مقطع رسانا
     • $v_d$: سرعت رانش (drift velocity) بارهای متحرک

خلاصه:

• فرمول $I = \frac{Q}{t}$ از تعریف جریان الکتریکی به عنوان نرخ عبور بار الکتریکی از یک سطح مقطع در واحد زمان به دست میاد.
• این فرمول نشون می‌ده که جریان الکتریکی با مقدار بار عبوری و زمان عبور بار ارتباط داره.
• همچنین، جریان الکتریکی رو میشه بر حسب سرعت بارهای متحرک هم بیان کرد.

به این ترتیب، فرمول $I = \frac{Q}{t}$ به عنوان یک اصل بنیادی در مدارهای الکتریکی شناخته میشه و برای محاسبه و تحلیل جریان الکتریکی در مدارهای مختلف به کار میره.