כיצד מטענים מופצים במוליך כאשר הזרם זורם
נושאי מטען ותנועתם
מוליך הוא חומר בו נשאים מתחילים לנוע תחת השפעת השדה החשמלי החיצוני הקל ביותר. כשאין שדה חיצוני, שדות היונים החיוביים והאלקטרונים השליליים מבטלים זה את זה. בדקנו נושא קשור ביתר פירוט והשווינו מוליכים, דיאלקטרים ומוליכים למחצה במאמר שפורסם קודם.
קחו למשל חפץ מתכת שנמצא בשדה חשמלי. נושאי המטען מתחילים לנוע תחת השפעת שדה חיצוני מכיוון שכוחות קולומב מתחילים לפעול על נושאי המטען. יתר על כן, כיוון הפעולה של כוחות אלה על נשאים חיוביים ושליליים טמון בכיוון אחר. התנועה נעצרת אם סכום העוצמות של השדות החיצוניים והפנימיים הופך לאפס, כלומר:
ארז = E פנימי + E חיצוני = 0
במקרה זה, חוזק השדה שווה ל:
E = dF / dt
אם המתח הוא אפס, הפוטנציאל בתוך הגוף שווה למספר קבוע כלשהו. זה יתברר אם אנו מבטאים את הפוטנציאל מהנוסחה הזו ונשלב, כלומר:
יונים ואלקטרונים חיוביים מכל נפח הגוף ממהרים אל פני השטח שלו על מנת לפצות על המתח שדה חשמלי. ואז בתוך המוליך, השדה החשמלי הופך להיות שווה לאפס, מכיוון שהוא מאוזן על ידי מובילי טעינה מפני השטח שלו.
מעניין! משטח שעליו קיים אותו פוטנציאל בכל הנקודות נקרא אקוויטיוטנציאלי.
אם נשקול את הנושא הזה ביתר פירוט, כאשר מוליך מוחדר לשדה חשמלי, יונים חיוביים נעים נגד קווי הכוח שלו, ואלקטרונים שליליים באותו כיוון. זה קורה עד שהם מופצים, והשדה במוליך הופך שווה לאפס. חיובים כאלו נקראים מעודדים או עודפים.
חשוב! כאשר מועברים המטענים לחומר המוליך, הם מופצים כך שמגיע למצב שיווי משקל. אותם מטענים ידחו ונטו בהתאם לכיוון קווי הכוח של השדה החשמלי.
מכאן יוצא שעבודתם של מובילי מטען הובלת אפס, שווה להבדל הפוטנציאלי. ואז הפוטנציאל בקטעים שונים של המוליך שווה למספר קבוע ואינו משתנה.חשוב לדעת שבדיאלקטרי, כדי לקרוע את נושא המטען, למשל, אלקטרון מאטום, יש להפעיל כוחות גדולים. לכן התופעות המתוארות במובן כללי נצפות על גופים מוליכים.
קיבולת חשמלית של מוליך בודד
ראשית, יש לקחת בחשבון את המושג מוליך בודד. זהו מוליך המרוחק ממוליכים וגופים טעונים אחרים. יתר על כן, הפוטנציאל בו יהיה תלוי במטען שלו.
היכולת החשמלית של מוליך בודד היא יכולתו של מוליך להחזיק מטען מבוזר. קודם כל, זה תלוי בצורת המוליך.
אם שני גופים כאלה מופרדים באמצעות דיאלקטרי, למשל אוויר, נציץ, נייר, קרמיקה וכו '. - קבל קבל. יכולתו תלויה במרחק בין הלוחות לאזורם, כמו גם בהבדל הפוטנציאלי ביניהם.
הנוסחאות מתארות את תלות הקיבול בהבדל הפוטנציאלי ובמימדים הגיאומטריים של קבל שטוח. למידע נוסף בנושא מהי קיבולת חשמלית, אתה יכול מתוך המאמר הנפרד שלנו.
חלוקת המטען וצורת הגוף
אז, צפיפות ההפצה של נשאי המטען תלויה בצורת המוליך. קחו זאת בדוגמה של נוסחאות לתחום.
נניח שיש לנו כדור מתכתי טעון מסוים, עם רדיוס R, צפיפות מטען על פני השטח G ופוטנציאל F. ואז:
מהנוסחה האחרונה הנגזרת, אנו יכולים להבין שהצפיפות היא ביחס הפוך לרדיוס הכדור.
כלומר, ככל שהאובייקט קמור וחד יותר, כך צפיפות המנשאים במקום זה גדולה יותר. על משטחים קעורים הצפיפות מינימלית. ניתן לראות זאת בסרטון:
יישום מעשי
אם ניקח בחשבון את האמור לעיל, ראוי לציין כי הזרם זורם דרך הכבל ומופץ, כאילו בקוטר החיצוני של הצינור. זה נובע ממאפייני התפלגות האלקטרונים בגוף מוליך.
מוזר שכאשר זרם זורם במערכות עם זרם בתדר גבוה, נצפתה השפעת עור. זו חלוקת המטענים על פני המוליכים. אבל במקרה זה, נצפתה שכבה "מוליכה" דקה עוד יותר.
מה זה אומר? זה מצביע על כך שעבור זרימת הזרם בסדר גודל דומה עם תדר רשת של 50 הרץ ותדר של 50 קילו הרץ במעגל בתדר גבוה, יהיה צורך בחתך גדול יותר של הליבה המוליכה. בפועל, הדבר נצפה בהחלפת ספקי כוח. דווקא זרמים כאלה זורמים בשנאים שלהם. כדי להגדיל את שטח החתך, בחר חוט עבה, או פיתול הפיתולים בכמה ורידים בבת אחת.
התלות של חלוקת הצפיפות על צורת השטח המתוארת בסעיף הקודם משמשת בפועל במערכות הגנה מפני ברקים. ידוע כי להגנה מפני נזקי ברק, מותקן אחד מסוגי ההגנה מפני הברקים, למשל מוט ברק. על פני השטח מצטברים חלקיקים טעונים, שבזכותם הפריקה מתרחשת בדיוק בה, מה שמאשר שוב את הנאמר על תפוצתם.
לבסוף, אנו ממליצים לצפות בסרטון וידאו בו, במילים פשוטות, הוא מוסבר ומוצג באופן גרפי כיצד מופצים המטענים במוליך:
זה כל מה שרצינו לספר לכם על איך חלוקת המטען במוליך מתרחשת כשזרם זורם. אנו מקווים כי המידע שנמסר היה מובן ושימושי עבורך!
חומרים קשורים:
טעינה...
