Kako se naboji distribuiraju u vodiču kada struja teče
Nosači punjenja i njihovo kretanje
Provodnik je tvar u kojoj se nosači počinju kretati pod utjecajem najmanjeg vanjskog električnog polja. Kad nema vanjskog polja, polja pozitivnih iona i negativnih elektrona jedno se drugo otkazuju. Detaljnije smo ispitali povezani problem vodiči, dielektričari i poluvodiči u članku objavljenom ranije.
Razmotrite metalni predmet koji se nalazi u električnom polju. Nosači naboja počinju se kretati pod utjecajem vanjskog polja zbog činjenice da Coulomb-ove sile počinju djelovati na nosače naboja. Štoviše, smjer djelovanja ovih sila na pozitivne i negativne nosače leži u drugom smjeru. Pokret se zaustavlja ako zbroj intenziteta vanjskog i unutarnjeg polja postane nula, to jest:
Erez = E unutarnji + E vanjski = 0
U ovom slučaju jačina polja jednaka je:
E = dF / dt
Ako je napetost jednaka nuli, tada je potencijal unutar tijela jednak nekom stalnom broju. To će postati jasno ako izrazimo potencijal iz ove formule i integriramo, to jest:
Pozitivni ioni i elektroni iz cijelog volumena tijela jure se na njegovu površinu kako bi nadoknadili napetost električno polje, Zatim unutar vodiča električno polje postaje jednako nuli, jer ga uravnotežuju nosači naboja s njegove površine.
Zanimljiv! Površina na kojoj je isti potencijal prisutan u svim točkama naziva se ekvipotencijalom.
Ako detaljnije razmotrimo ovo pitanje, kada se dirigent uvodi u električno polje, pozitivni ioni kreću se protiv njegovih linija sile, a negativni elektroni u istom smjeru. To se događa dok se ne raspodijele, a polje u vodiču ne postane jednako nuli. Takvi naboji nazivaju se inducirani ili viškovi.
Važno! Kad se naboji prenesu vodljivom materijalu, oni se raspodjeljuju tako da se postigne ravnotežno stanje. Isti se naboji odbijaju i kreću se u skladu sa smjerom linija električnog polja.
Iz toga slijedi da je rad pomičnih nosača naboja jednak nuli, što je jednako razlici potencijala. Tada je potencijal u različitim odjeljcima vodiča jednak konstantnom broju i ne mijenja se.Važno je znati da se u dielektriku, kako bi se otklonio nosač naboja, na primjer, elektron iz atoma, moraju primijeniti velike sile. Stoga su opisane pojave u općem smislu promatrane na vodljivim tijelima.
Električni kapacitet solitarnog vodiča
Prvo razmotrimo koncept solitarnog vodiča. Ovo je dirigent koji je udaljen od ostalih nabijenih vodiča i tijela. Štoviše, potencijal o njemu ovisit će o njezinoj naboju.
Električni kapacitet solitarnog vodiča je sposobnost vodiča da drži raspodijeljeni naboj. Prije svega, to ovisi o obliku vodiča.
Ako su dva takva tijela razdvojena dielektrikom, na primjer, zrak, sljub, papir, keramika itd. - nabavite kondenzator. Njegov kapacitet ovisi o udaljenosti između ploča i njihovoj površini, kao i o potencijalnoj razlici između njih.
Formule opisuju ovisnost kapacitivnosti o razlici potencijala i geometrijskim dimenzijama ravnog kondenzatora. Nauči više o što je električni kapacitet, možete iz našeg zasebnog članka.
Raspodjela naboja i oblik tijela
Dakle, gustoća raspodjele nosača naboja ovisi o obliku vodiča. Razmotrite to primjerom formula za sferu.
Pretpostavimo da imamo određenu metalnu nabijenu sferu, s polumjerom R, gustoćom naboja na površini G i potencijalom F. Tada:
Iz zadnje izvedene formule možemo shvatiti da je gustoća približno obrnuto proporcionalna polumjeru kugle.
To jest, što je objekt konveksniji i oštriji, to je veća gustoća nosača na ovom mjestu. Na konkavnim površinama gustoća je minimalna. To se može vidjeti u videu:
Praktična aplikacija
Ako uzmemo u obzir gore navedeno, vrijedno je napomenuti da struja teče kroz kabel i distribuira se, kao da je po vanjskom promjeru cijevi. To je zbog karakteristika raspodjele elektrona u tijelu koje provodi.
Zanimljivo je da se, kada struja teče u sustavima sa visokofrekventnom strujom, opaža kožni efekt. Ovo je raspodjela naboja na površini vodiča. Ali u tom se slučaju primjećuje još tanji "vodljivi" sloj.
Što to znači? To sugerira da će za struju slične veličine koja se javlja s mrežnom frekvencijom 50 Hz i frekvencijom 50 kHz u visokofrekventnom krugu biti potreban veći presjek vodljive jezgre. U praksi se to opaža kod prebacivanja napajanja. Upravo takve struje teku u njihovim transformatorima. Da biste povećali površinu poprečnog presjeka, odaberite debelu žicu ili namotajte namote s nekoliko vena odjednom.
Ovisnost raspodjele gustoće od oblika površine opisana u prethodnom odjeljku koristi se u praksi u sustavima zaštite od groma. Poznato je da se za zaštitu od oštećenja groma postavlja jedna od vrsta zaštite od groma, na primjer, gromobranski. Na njegovoj površini akumuliraju se nabijene čestice zbog kojih se pražnjenje događa upravo u njemu, što opet potvrđuje ono što je rečeno o njihovoj raspodjeli.
Na kraju, preporučujemo da pogledate video u kojem je, jednostavnim riječima, objašnjeno i grafički prikazano kako se naboji distribuiraju u vodiču:
Ovo je sve što smo vam htjeli reći o tome kako dolazi do raspodjele naboja u vodiču kada struja teče. Nadamo se da su vam navedeni podaci bili razumljivi i korisni!
Srodni materijali:
Učitavam...
