Kaip laidininkai pasiskirsto, kai teka srovė
Įkrovos laikikliai ir jų judėjimas
Laidininkas yra medžiaga, kurios nešikliai pradeda judėti veikdami menkiausią išorinį elektrinį lauką. Kai išorinio lauko nėra, teigiamų jonų ir neigiamų elektronų laukai panaikina vienas kitą. Mes išsamiau išnagrinėjome susijusį klausimą ir palyginome laidininkai, dielektrikai ir puslaidininkiai anksčiau publikuotame straipsnyje.
Apsvarstykite metalinį daiktą, esantį elektriniame lauke. Įkrovos nešėjai pradeda judėti veikdami išorinį lauką dėl to, kad Kulono jėgos pradeda veikti krūvio nešikliams. Be to, šių jėgų veikimo teigiamiems ir neigiamiems nešikliams kryptis yra kita. Judėjimas sustoja, jei išorinio ir vidinio lauko intensyvumų suma tampa lygi nuliui, tai yra:
Erez = E vidinis + E išorinis = 0
Šiuo atveju lauko stipris yra lygus:
E = dF / dt
Jei įtampa lygi nuliui, tada kūno viduje esantis potencialas yra lygus tam tikram pastoviajam skaičiui. Tai paaiškės, jei išreikšime šios formulės potencialą ir integruosimės, tai yra:
Teigiami jonai ir elektronai iš viso kūno tūrio kyla į jo paviršių, kad būtų kompensuota įtampa elektrinis laukas. Tada laidininko viduje elektrinis laukas tampa lygus nuliui, nes jį subalansuoja krūvininkai nuo jo paviršiaus.
Įdomus! Paviršius, kurio visuose taškuose yra tas pats potencialas, vadinamas potencialiu.
Jei mes apsvarstysime šį klausimą išsamiau, kai laidininkas įvedamas į elektrinį lauką, teigiami jonai juda prieš jo jėgos linijas, o neigiami elektronai - ta pačia kryptimi. Tai atsitinka tol, kol jie nepasiskirsto, o laukas laidininku tampa lygus nuliui. Tokie krūviai vadinami sukeltais arba pertekliniais.
Svarbu! Kai krūviai perduodami laidžiai medžiagai, jie pasiskirsto taip, kad būtų pasiekta pusiausvyros būsena. Tie patys krūviai atstumia ir linkę pagal elektrinio lauko jėgos linijų kryptį.
Darytina išvada, kad judančių krūvininkų darbas yra lygus nuliui, kuris yra lygus potencialų skirtumui. Tuomet potencialas skirtingose laidininko sekcijose yra lygus pastoviajam skaičiui ir nesikeičia.Svarbu žinoti, kad dielektrike, norint nuplėšti įkrovos nešiklį, pavyzdžiui, elektroną iš atomo, turi būti taikomos didelės jėgos. Todėl aprašyti reiškiniai bendrąja prasme pastebimi ant laidžių kūnų.
Vienatinio laidininko elektrinė talpa
Pirmiausia apsvarstykite vienišiaus dirigento sąvoką. Tai laidininkas, nutolęs nuo kitų įkrautų laidininkų ir kūnų. Be to, jo potencialas priklausys nuo jo krūvio.
Vienatinio laidininko elektrinė talpa yra laidininko sugebėjimas išlaikyti paskirstytą krūvį. Visų pirma, tai priklauso nuo laidininko formos.
Jei du tokius kūnus skiria dielektrikas, pavyzdžiui, oro, žėručio, popieriaus, keramikos ir kt. - gauti kondensatorių. Jo talpa priklauso nuo atstumo tarp plokščių ir jų ploto, taip pat nuo galimo skirtumo tarp jų.
Formulėse aprašoma talpos priklausomybė nuo potencialo skirtumo ir nuo plokščio kondensatoriaus geometrinių matmenų. Išmokti daugiau apie kas yra elektrinė talpa, galite iš mūsų atskiro straipsnio.
Krūvio pasiskirstymas ir kūno forma
Taigi, krūvininkų pasiskirstymo tankis priklauso nuo laidininko formos. Apsvarstykite tai pateikdami sferos formulių pavyzdį.
Tarkime, kad mes turime tam tikrą metališkai įkrautą sferą, kurios spindulys R, krūvio tankis paviršiuje G ir potencialas F. Tada:
Iš paskutinės išvestos formulės galime suprasti, kad tankis yra maždaug atvirkščiai proporcingas rutulio spinduliui.
Tai yra, kuo labiau išgaubtas ir aštrus objektas, tuo didesnis nešiklių tankis šioje vietoje. Įgaubtais paviršiais tankis yra minimalus. Tai galima pamatyti vaizdo įraše:
Praktinis pritaikymas
Jei atsižvelgsite į tai, kas išdėstyta aukščiau, verta paminėti, kad srovė teka per kabelį ir paskirstoma tarsi išoriniu vamzdžio skersmeniu. Taip yra dėl elektronų pasiskirstymo laidžiame kūne ypatybių.
Įdomu, kad kai srovė teka sistemose su aukšto dažnio srove, pastebimas odos poveikis. Tai yra krūvių pasiskirstymas laidininkų paviršiuje. Bet tokiu atveju pastebimas dar plonesnis „laidus“ sluoksnis.
Ką tai reiškia? Tai rodo, kad norint, kad aukšto dažnio grandinėje vyktų 50 Hz tinklo dažnis ir 50 kHz dažnis, panašaus dydžio srovė, reikės didesnio laidžiojo šerdies skerspjūvio. Praktiškai tai pastebima keičiant maitinimo šaltinius. Jų transformatoriuose teka būtent tokios srovės. Norėdami padidinti skerspjūvio plotą, pasirinkite arba storą vielą, arba apvijas apvijas keliomis venomis iš karto.
Tankio pasiskirstymo priklausomybė nuo paviršiaus formos, aprašyta ankstesniame skyriuje, praktikoje naudojama apsaugos nuo žaibo sistemose. Yra žinoma, kad norint apsisaugoti nuo žaibo, yra sumontuota viena iš apsaugos nuo žaibo rūšių, pavyzdžiui, žaibolaidis. Ant jo paviršiaus kaupiasi įkrautos dalelės, dėl kurių iškrova įvyksta būtent joje, o tai dar kartą patvirtina tai, kas buvo pasakyta apie jų pasiskirstymą.
Galiausiai rekomenduojame žiūrėti vaizdo įrašą, kuriame paprastais žodžiais paaiškinama ir aiškiai parodyta, kaip laidininkai pasiskirsto:
Tai yra viskas, ką mes norėjome jums pasakyti apie tai, kaip krūvis pasiskirsto laidininkeje, kai teka srovė. Tikimės, kad pateikta informacija buvo suprantama ir naudinga jums!
Susijusios medžiagos:
Įkeliama ...
