كيف يتم توزيع الرسوم في الموصل عندما يتدفق التيار
شركات الشحن وحركتها
الموصل هو مادة يبدأ فيها الناقلون في التحرك تحت تأثير أدنى مجال كهربائي خارجي. عندما لا يكون هناك مجال خارجي ، فإن حقول الأيونات الموجبة والإلكترونات السالبة تلغي بعضها البعض. درسنا مسألة ذات صلة بمزيد من التفصيل ومقارنة الموصلات والعوازل وأشباه الموصلات في مقال نشر في وقت سابق.
فكر في شيء معدني موجود في مجال كهربائي. تبدأ ناقلات الشحن في التحرك تحت تأثير مجال خارجي نظرًا لحقيقة أن قوات كولوم تبدأ في التصرف على حاملات الشحن. علاوة على ذلك ، فإن اتجاه عمل هذه القوى على الموجات الحاملة الإيجابية والسلبية يكمن في اتجاه مختلف. تتوقف الحركة إذا أصبح مجموع كثافة المجالات الخارجية والداخلية صفرًا ، أي:
إيرز = E داخلي + E خارجي = 0
في هذه الحالة ، تساوي شدة المجال:
E = dF / dt
إذا كان التوتر صفرًا ، فإن الإمكانات داخل الجسم تساوي عددًا ثابتًا. سيتضح هذا إذا عبرنا عن الإمكانات من هذه الصيغة واندماجنا ، أي:
تتدفق الأيونات والإلكترونات الموجبة من كامل حجم الجسم إلى سطحه من أجل تعويض التوتر المجال الكهربائي. ثم ، داخل الموصل ، يصبح المجال الكهربائي مساويًا للصفر ، حيث يتم موازنته بواسطة حاملات الشحن من سطحه.
مثير للاهتمام! يسمى السطح الذي توجد عليه نفس الإمكانات في جميع النقاط متساوٍ.
إذا نظرنا في هذه المشكلة بمزيد من التفصيل ، فعند إدخال موصل في المجال الكهربائي ، تتحرك الأيونات الموجبة ضد خطوط قوتها ، والإلكترونات السالبة في نفس الاتجاه. يحدث هذا حتى يتم توزيعها ، ويصبح الحقل في الموصل مساوياً للصفر. تسمى هذه التهم المستحثة أو الزائدة.
هام! عندما يتم توصيل الرسوم إلى المواد الموصلة ، يتم توزيعها بحيث يتم الوصول إلى حالة التوازن. سيتم صد نفس الشحنات وتميل وفقًا لاتجاه خطوط قوة المجال الكهربائي.
ويترتب على ذلك أن عمل حاملات الشحنة المتحركة هو صفر ، وهو ما يساوي الفرق المحتمل. ثم يساوي الجهد في أقسام مختلفة من الموصل عدد ثابت ولا يتغير.من المهم أن تعرف أنه في العازل الكهربائي ، من أجل تمزيق حامل الشحنة ، على سبيل المثال ، إلكترون من ذرة ، يجب تطبيق قوى عظيمة. لذلك ، يتم ملاحظة الظواهر الموصوفة بشكل عام على الأجسام الموصلة.
القدرة الكهربائية للموصل الانفرادي
أولاً ، ضع في اعتبارك مفهوم الموصل الانفرادي. هذا موصل بعيد عن الموصلات والأجسام المشحونة الأخرى. علاوة على ذلك ، فإن إمكانات ذلك تعتمد على شحنته.
السعة الكهربائية للموصل الانفرادي هي قدرة الموصل على حمل شحنة موزعة. بادئ ذي بدء ، يعتمد على شكل الموصل.
إذا تم فصل جسمين بواسطة عازل كهربائي ، على سبيل المثال ، الهواء ، الميكا ، الورق ، الخزف ، إلخ. - احصل على مكثف. تعتمد قدرتها على المسافة بين الألواح ومساحتها ، وكذلك على الفرق المحتمل بينهما.
تصف الصيغ اعتماد السعة على الاختلاف المحتمل وعلى الأبعاد الهندسية للمكثف المسطح. اعرف المزيد عن ما هي السعة الكهربائية، يمكنك من مقالتنا المنفصلة.
توزيع الشحن وشكل الجسم
لذلك ، تعتمد كثافة توزيع حاملات الشحن على شكل الموصل. النظر في هذا مع مثال الصيغ للكرة.
لنفترض أن لدينا كرة معدنية مشحونة معينة ، بنصف قطر R ، وكثافة الشحن على السطح G واحتمال F.
من الصيغة الأخيرة المشتقة ، يمكننا أن نفهم أن الكثافة تتناسب تقريبًا بشكل عكسي مع نصف قطر الكرة.
أي أنه كلما كان الكائن محدبًا وحادًا ، زادت كثافة حاملات هذا المكان. على الأسطح المقعرة ، تكون الكثافة ضئيلة. هذا يمكن رؤيته في الفيديو:
تطبيق عملي
إذا أخذنا في الاعتبار ما سبق ، تجدر الإشارة إلى أن التيار يتدفق عبر الكابل ويتم توزيعه ، كما لو كان بالقطر الخارجي للأنبوب. ويرجع ذلك إلى خصائص توزيع الإلكترونات في جسم موصل.
من الغريب أنه عندما يتدفق التيار في أنظمة ذات تيار عالي التردد ، يتم ملاحظة تأثير الجلد. هذا هو توزيع الرسوم على سطح الموصلات. ولكن في هذه الحالة ، لوحظت طبقة "موصلة" أرق.
ماذا يعني هذا؟ هذا يشير إلى أنه بالنسبة لتدفق التيار ذو الحجم المماثل بتردد شبكة 50 هرتز وتردد 50 كيلو هرتز في دائرة عالية التردد ، سيكون هناك حاجة إلى مقطع عرضي أكبر من النواة الموصلة. في الممارسة العملية ، لوحظ هذا في تبديل إمدادات الطاقة. هذه التيارات بالضبط تتدفق في محولاتها. لزيادة مساحة المقطع العرضي ، اختر إما سلكًا سميكًا ، أو لف اللفات بعدة عروق في وقت واحد.
يستخدم اعتماد توزيع الكثافة على شكل السطح الموصوف في القسم السابق عمليًا في أنظمة الحماية من الصواعق. من المعروف أنه للحماية من أضرار البرق ، يتم تثبيت أحد أنواع الحماية من الصواعق ، على سبيل المثال ، قضيب البرق. على سطحه ، تتراكم الجسيمات المشحونة ، التي يحدث التفريغ فيها بدقة ، مما يؤكد مرة أخرى ما قيل عن توزيعها.
أخيرًا ، نوصي بمشاهدة مقطع فيديو يشرح فيه بكلمات بسيطة ويوضح بوضوح كيفية توزيع الرسوم في الموصل:
هذا كل ما أردنا إخبارك به عن كيفية توزيع الشحن في الموصل عند تدفق التيار. نأمل أن تكون المعلومات المقدمة مفهومة ومفيدة لك!
المواد ذات الصلة:
جار التحميل ...
