Плотность тока
Один и тот же ток по-разному нагружает толстый и тонкий провод. Сравнивать проводники удобно по плотности тока — току, приходящемуся на квадратный миллиметр сечения.
Обновлено Редакция GAW
Плотность тока — ток, приходящийся на единицу площади поперечного сечения проводника (OpenStax, раздел 9.2):
В СИ её измеряют в А/м², а для проводов удобнее А/мм². Пример: ток 10 А в проводе сечением 2,5 мм² — плотность 4 А/мм².
Допустимая плотность зависит от сечения
Провод ограничивает нагрев, а не плотность тока напрямую. Тонкий провод отдаёт тепло лучше относительно своего сечения, поэтому допускает большую плотность:
| Медный провод, открытая прокладка | Допустимый ток по ПУЭ | Плотность тока |
|---|---|---|
| 0,5 мм² | 11 А | 22 А/мм² |
| 2,5 мм² | 30 А | 12 А/мм² |
Тепло выделяется по закону Джоуля — Ленца, а сопротивление провода задаёт удельное сопротивление меди. Сечение по току и падению напряжения подберёт калькулятор сечения провода, ширину дорожки платы — калькулятор дорожки.
Скорость зарядов
Плотность тока связана со скоростью дрейфа зарядов: J = n·q·vd, где n — концентрация носителей. По OpenStax заряды в проводе дрейфуют со скоростью порядка 10⁻⁴ м/с, а электрический сигнал бежит со скоростью порядка 10⁸ м/с.
Частые вопросы
Какая плотность тока допустима для медного провода?
Единого числа нет: допустимый ток задают по нагреву, и он зависит от сечения и прокладки. По ПУЭ медный провод 0,5 мм² при открытой прокладке выдерживает 11 А — 22 А/мм², а 2,5 мм² — 30 А, то есть 12 А/мм². Тонкий провод лучше охлаждается относительно своего сечения.
Почему электроны движутся медленно, а свет загорается мгновенно?
Сами заряды дрейфуют со скоростью порядка 0,1 мм/с, но сигнал передаётся почти со скоростью света: электроны в проводе ведут себя как несжимаемая жидкость, и толчок с одного конца сразу передаётся на другой.
Как посчитать плотность тока в дорожке платы?
Разделить ток на площадь сечения дорожки — ширину, умноженную на толщину меди. Ширину дорожки по допустимому нагреву удобнее подобрать калькулятором дорожки печатной платы.
Источники
- OpenStax. University Physics Volume 2, section 9.2: Model of Conduction in Metals — плотность тока — заряд, проходящий через малую площадку, делённый на её площадь; единица — ампер на квадратный метр; J = I/A = n·|q|·vd; электрические сигналы распространяются со скоростью порядка 10⁸ м/с, а заряды дрейфуют со скоростью порядка 10⁻⁴ м/с
- Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Глава 1.3. Выбор проводников по нагреву — табл. 1.3.4: допустимый длительный ток медного провода при открытой прокладке — 11 А для 0,5 мм² и 30 А для 2,5 мм²
Нашли ошибку?