Gęstość prądu elektrycznego

Gęstość prądu elektrycznego.

Gęstość prądu elektrycznego jest stosunkiem prądu elektrycznego i[A] do pola przekroju S[m2 . Prąd elektryczny przepływa w kierunku prostopadłym do powierzchni S[m2]. W praktyce inżynierskiej gęstość prądu stosowana jest między innymi jako parametr podczas doboru pola przekroju poprzecznego przewodu dla zakładanej projektowanej wartości prądu. Rzeczywiste przewody nie są idealne, posiadają niezerową rezystancję, oraz w zależności o częstotliwości prądu także niepomijalne parametry pasożytnicze jak pojemność C i indukcyjność L. Z przepływem prądu związane jest prawo Joule'a-Lenza opisujące moc wydzieloną na rezystancji (wydzielone ciepło) → P=i2·R. Prawo to jest całkowicie spełnione dla prądu stałego. W przypadku prądu zmiennego jest ono zgodne z doświadczeniem w zakresie niskich częstotliwości, w zakresie wyższych częstotliwości część mocy jest wypromieniowywana na zewnątrz w postaci promieniowania elektromagnetycznego.

Gęstość prądu elektrycznego - wzór 1.

Gęstość prądu elektrycznego jest pochodną prądu elektrycznego po polu powierzchni → J=di/dS. Jak wspomniano powyżej podczas projektowania instalacji elektrycznych lub ścieżek w obwodach drukowanych, niezbędny jest odpowiedni dobór przekroju poprzecznego. Przy zbyt małej wartości przekroju poprzecznego przewód będzie się grzał. Na dobór przekroju poprzecznego wpływ mają również warunki odprowadzania ciepła od przewodu. W praktyce orientacyjnym przelicznikiem maksymalnej dopuszczalnej gęstości prądu jest J=6[A/mm2], przelicznik znajduje zastosowanie do częstotliwości f=50[Hz].

Gęstość prądu elektrycznego - wzór 2.

Znając funkcję opisującą gęstość prądu elektrycznego można obliczyć prąd elektryczny z równania → i=∫J·dS.