Bagaimana caj diedarkan dalam konduktor semasa arus mengalir
Caj pembawa dan pergerakannya
Konduktor adalah bahan di mana pembawa mula bergerak di bawah pengaruh medan elektrik luaran yang sedikit. Apabila tidak ada medan luaran, medan ion positif dan elektron negatif saling membatalkan. Kami mengkaji masalah berkaitan dengan lebih terperinci dan membandingkan konduktor, dielektrik dan semikonduktor dalam artikel yang diterbitkan sebelumnya.
Pertimbangkan objek logam yang berada di medan elektrik. Pembawa muatan mula bergerak di bawah pengaruh medan luaran kerana fakta bahawa kekuatan Coulomb mula bertindak terhadap pembawa muatan. Lebih-lebih lagi, arah tindakan kekuatan ini pada pembawa positif dan negatif terletak pada arah yang berbeza. Pergerakan akan berhenti jika jumlah intensiti medan luaran dan dalaman menjadi sifar, iaitu:
Erez = E dalaman + E luaran = 0
Dalam kes ini, kekuatan medan sama dengan:
E = dF / dt
Sekiranya ketegangan adalah sifar, maka potensi di dalam badan sama dengan bilangan tetap. Ini akan menjadi jelas jika kita menyatakan potensi dari formula ini dan mengintegrasikan, iaitu:
Ion dan elektron positif dari seluruh isipadu badan bergegas ke permukaannya untuk mengimbangi ketegangan medan elektrik. Kemudian, di dalam konduktor, medan elektrik menjadi sama dengan sifar, kerana diimbangi oleh pembawa cas dari permukaannya.
Menarik! Permukaan di mana potensi yang sama ada pada semua titik disebut equipotential.
Sekiranya kita mengkaji masalah ini dengan lebih terperinci, maka ketika konduktor dimasukkan ke medan elektrik, ion positif bergerak melawan garis medannya, dan elektron negatif ke arah yang sama. Ini berlaku sehingga mereka diedarkan, dan medan di konduktor menjadi sama dengan sifar. Bayaran sedemikian disebut disebabkan atau berlebihan.
Penting! Apabila caj disampaikan kepada bahan konduktif, ia akan diedarkan sehingga keadaan keseimbangan tercapai. Caj yang sama akan menangkis dan cenderung sesuai dengan arah garis daya medan elektrik.
Ini menunjukkan bahawa kerja pengangkut cas bergerak adalah sifar, yang sama dengan perbezaan potensi. Maka potensi dalam bahagian yang berlainan dari konduktor sama dengan bilangan tetap dan tidak berubah.Penting untuk mengetahui bahawa dalam dielektrik, untuk merobek pembawa cas, misalnya, elektron dari atom, daya yang besar mesti digunakan. Oleh itu, fenomena yang dinyatakan dalam pengertian umum diperhatikan pada badan konduktif.
Kapasiti elektrik konduktor bersendirian
Pertama, pertimbangkan konsep konduktor bersendirian. Ini adalah konduktor yang jauh dari konduktor dan badan yang dikenakan. Lebih-lebih lagi, potensi di atasnya bergantung pada cajnya.
Kapasiti elektrik konduktor bersendirian adalah keupayaan konduktor untuk menahan cas yang diedarkan. Pertama sekali, ia bergantung pada bentuk konduktor.
Sekiranya dua badan sedemikian dipisahkan oleh dielektrik, misalnya udara, mika, kertas, seramik, dll. - dapatkan kapasitor. Kapasiti bergantung pada jarak antara plat dan kawasannya, serta perbezaan potensi di antara mereka.
Rumus menerangkan pergantungan kapasitansi pada perbezaan potensi dan pada dimensi geometri kapasitor rata. Ketahui lebih lanjut mengenai apakah kapasiti elektrik, anda boleh dari artikel kami yang berasingan.
Taburan cas dan bentuk badan
Jadi, ketumpatan pengagihan pembawa cas bergantung pada bentuk konduktor. Pertimbangkan ini dengan contoh formula untuk sfera.
Andaikan kita mempunyai sfera bermuatan logam tertentu, dengan jejari R, ketumpatan cas pada permukaan G dan potensi F. Kemudian:
Dari formula terbitan terakhir, kita dapat memahami bahawa ketumpatan kira-kira berkadar songsang dengan jejari sfera.
Maksudnya, semakin cembung dan tajam objek, semakin besar ketumpatan pembawa di tempat ini. Pada permukaan cekung, ketumpatannya minimum. Ini dapat dilihat dalam video:
Permohonan praktikal
Sekiranya kita mengambil kira perkara di atas, perlu diperhatikan bahawa arus mengalir melalui kabel dan diedarkan, seolah-olah oleh diameter luar paip. Ini disebabkan oleh ciri-ciri pengedaran elektron dalam badan pengalir.
Adalah pelik bahawa ketika arus mengalir dalam sistem dengan arus frekuensi tinggi, kesan kulit diperhatikan. Ini adalah pengagihan cas di permukaan konduktor. Tetapi dalam kes ini, lapisan "pengalir" yang lebih nipis diperhatikan.
Apa maksudnya? Ini menunjukkan bahawa untuk arus arus dengan magnitud yang serupa dengan frekuensi rangkaian 50 Hz dan frekuensi 50 kHz dalam litar frekuensi tinggi, diperlukan keratan rentas teras konduktif yang lebih besar. Dalam praktiknya, ini diperhatikan semasa menukar bekalan kuasa. Ini adalah arus seperti itu yang mengalir dalam transformer mereka. Untuk meningkatkan luas keratan rentas, pilihlah dawai tebal, atau gulung belitan dengan beberapa urat sekaligus.
Ketergantungan taburan ketumpatan pada bentuk permukaan yang dijelaskan di bahagian sebelumnya digunakan dalam praktik dalam sistem perlindungan kilat. Telah diketahui bahawa untuk melindungi dari kerosakan kilat, salah satu jenis perlindungan kilat, misalnya batang kilat, dipasang. Di permukaannya, zarah bermuatan terkumpul, disebabkan oleh itu pembuangan berlaku tepat di dalamnya, yang sekali lagi mengesahkan apa yang dikatakan mengenai pengedarannya.
Akhirnya, kami mengesyorkan menonton video di mana, dengan kata mudah, ia dijelaskan dan ditunjukkan secara grafik bagaimana caj diedarkan di konduktor:
Ini semua yang ingin kami sampaikan kepada anda mengenai bagaimana pengagihan caj pada konduktor berlaku semasa arus mengalir. Kami berharap maklumat yang diberikan dapat difahami dan berguna untuk anda!
Bahan berkaitan:
Memuat ...
