Jak jsou náboje rozděleny ve vodiči, když proud teče
Nosiče nábojů a jejich pohyb
Dirigent je látka, ve které se nosiče začnou pohybovat pod vlivem nejmenšího vnějšího elektrického pole. Když neexistuje vnější pole, pole pozitivních iontů a negativních elektronů se navzájem ruší. Podrobněji jsme zkoumali související problém a porovnali ho vodiče, dielektrika a polovodiče v článku publikovaném dříve.
Zvažte kovový předmět, který je v elektrickém poli. Nosiče nábojů se začnou pohybovat pod vlivem vnějšího pole kvůli skutečnosti, že Coulombovy síly začnou působit na nosiče nábojů. Kromě toho směr působení těchto sil na pozitivní a negativní nosiče leží v jiném směru. Pohyb se zastaví, když se součet intenzit vnějších a vnitřních polí změní na nulu, to je:
Erez = E interní + E externí = 0
V tomto případě je intenzita pole rovná:
E = dF / dt
Pokud je napětí nulové, pak se potenciál uvnitř těla rovná nějakému konstantnímu počtu. To bude zřejmé, pokud vyjádříme potenciál z tohoto vzorce a integrujeme, to je:
Pozitivní ionty a elektrony z celého objemu těla spěchají k jeho povrchu, aby kompenzovaly napětí elektrické pole. Poté se uvnitř vodiče elektrické pole rovná nule, protože je vyváženo nosiči náboje z jeho povrchu.
Zajímavé! Povrch, na kterém je stejný potenciál přítomen ve všech bodech, se nazývá ekvipotenciál.
Pokud se budeme touto otázkou zabývat podrobněji, pak, když je vodič zaveden do elektrického pole, pozitivní ionty se pohybují proti svým silovým čarám a záporné elektrony ve stejném směru. To se děje, dokud nejsou distribuovány a pole ve vodiči se rovná nule. Tyto poplatky se nazývají indukované nebo nadměrné.
Důležité! Když jsou náboje sděleny do vodivého materiálu, jsou distribuovány tak, aby bylo dosaženo rovnovážného stavu. Stejné náboje se odrazí a mají tendenci v souladu se směrem silových čar elektrického pole.
Z toho vyplývá, že práce pohybujících se nosičů náboje je nulová, což se rovná potenciálnímu rozdílu. Potenciál v různých sekcích vodiče se pak rovná konstantnímu číslu a nemění se.Je důležité vědět, že v dielektriku, aby bylo možné odtrhnout nosič náboje, například elektron z atomu, musí být vyvinuty velké síly. Popsané jevy jsou proto obecně pozorovány na vodivých tělesech.
Elektrická kapacita solitérního vodiče
Nejprve zvažte koncept osamělého dirigenta. Jedná se o vodič, který je vzdálen od ostatních nabitých vodičů a těl. Potenciál na něm bude navíc záviset na jeho poplatku.
Elektrická kapacita solitérního vodiče je schopnost vodiče držet distribuovaný náboj. Nejprve to záleží na tvaru dirigenta.
Jsou-li dvě taková tělesa oddělena dielektrikem, například vzduchem, slídou, papírem, keramikou atd. - získejte kondenzátor. Jeho kapacita závisí na vzdálenosti mezi deskami a jejich oblastí, jakož i na potenciálním rozdílu mezi nimi.
Vzorce popisují závislost kapacitance na rozdílu potenciálu a na geometrických rozměrech plochého kondenzátoru. Další informace o co je elektrická kapacita, můžete z našeho samostatného článku.
Rozložení náboje a tvar těla
Hustota distribuce nosičů náboje tedy závisí na tvaru vodiče. Vezměme to na příkladu vzorců pro kouli.
Předpokládejme, že máme určitou kovovou nabitou kouli, s poloměrem R, hustotou náboje na povrchu G a potenciálem F. Pak:
Z posledního odvozeného vzorce můžeme pochopit, že hustota je přibližně nepřímo úměrná poloměru koule.
To znamená, že čím je předmět konvexnější a ostřejší, tím větší je hustota nosičů na tomto místě. Na konkávních povrchech je hustota minimální. To lze vidět na videu:
Praktická aplikace
Pokud vezmeme v úvahu výše uvedené, je třeba poznamenat, že proud protéká kabelem a je distribuován, jako by podle vnějšího průměru potrubí. Je to kvůli charakteristice distribuce elektronů ve vodivém těle.
Je zvláštní, že když proud proudí v systémech s vysokofrekvenčním proudem, je pozorován kožní efekt. Toto je rozdělení nábojů na povrchu vodičů. V tomto případě je však pozorována ještě tenčí „vodivá“ vrstva.
Co to znamená? To naznačuje, že pro výskyt proudu podobné velikosti s frekvencí sítě 50 Hz a frekvencí 50 kHz ve vysokofrekvenčním obvodu bude vyžadován větší průřez vodivého jádra. V praxi je to pozorováno při spínání napájecích zdrojů. V jejich transformátorech proudí právě takové proudy. Chcete-li zvětšit průřezovou oblast, vyberte buď tlustý drát, nebo vinutí vinutí několika žílami najednou.
V systémech ochrany před bleskem se v praxi používá závislost distribuce hustoty na tvaru povrchu popsané v předchozí části. Je známo, že k ochraně před poškozením bleskem je nainstalován jeden z typů ochrany proti blesku, například bleskozvod. Na jeho povrchu se akumulují nabité částice, díky čemuž v nich přesně dochází k výboji, což opět potvrzuje to, co bylo řečeno o jejich distribuci.
Nakonec doporučujeme sledovat video, ve kterém je jednoduchými slovy vysvětleno a graficky znázorněno rozdělení poplatků v dirigentovi:
To je vše, co jsme vám chtěli říct o tom, jak dochází k rozdělení náboje ve vodiči, když proud teče. Doufáme, že poskytnuté informace byly pro vás srozumitelné a užitečné!
Související materiály:
Načítám ...
