Ako sú náboje distribuované vo vodiči, keď prúdi prúd
Dopravcovia nabíjania a ich pohyb
Vodič je látka, v ktorej sa nosiče začnú pohybovať pod vplyvom najmenšieho vonkajšieho elektrického poľa. Ak neexistuje žiadne vonkajšie pole, polia pozitívnych iónov a negatívnych elektrónov sa navzájom rušia. Podrobnejšie sme preskúmali súvisiacu otázku a porovnali ju vodiče, dielektrika a polovodiče v článku uverejnenom skôr.
Zoberme si kovový predmet, ktorý je v elektrickom poli. Nosiče náboja sa začínajú pohybovať pod vplyvom vonkajšieho poľa kvôli skutočnosti, že Coulombove sily začínajú pôsobiť na nosiče náboja. Okrem toho smer pôsobenia týchto síl na pozitívne a negatívne nosiče spočíva v inom smere. Pohyb sa zastaví, ak súčet intenzít vonkajších a vnútorných polí klesne na nulu, to znamená:
Erez = E interný + E externý = 0
V tomto prípade sa intenzita poľa rovná:
E = dF / dt
Ak je napätie nula, potom potenciál vo vnútri tela sa rovná určitému konštantnému číslu. Toto bude zrejmé, ak vyjadríme potenciál z tohto vzorca a integrujeme ho, tj:
Pozitívne ióny a elektróny z celého objemu tela sa ponáhľajú na svoj povrch, aby kompenzovali napätie elektrické pole, Potom vo vnútri vodiča sa elektrické pole rovná nule, pretože je vyvážené nosičmi náboja z jeho povrchu.
Zaujímavé! Povrch, na ktorom je rovnaký potenciál prítomný vo všetkých bodoch, sa nazýva ekvipotenciál.
Ak sa touto otázkou zaoberáme podrobnejšie, potom, keď sa do elektrického poľa zavedie vodič, kladné ióny sa pohybujú proti svojim silovým líniám a záporné elektróny rovnakým smerom. Stáva sa to, až kým nie sú rozdelené a pole vo vodiči sa rovná nule. Takéto náboje sa nazývajú indukované alebo nadmerné.
Dôležité! Keď sa náboje oznámia vodivému materiálu, rozdelia sa tak, aby sa dosiahol rovnovážny stav. Rovnaké náboje sa odrazia a majú tendenciu podľa smeru silových čiar elektrického poľa.
Z toho vyplýva, že práca pohybujúcich sa nosičov náboja je nula, čo sa rovná potenciálnemu rozdielu. Potom sa potenciál v rôznych častiach vodiča rovná konštantnému číslu a nemení sa.Je dôležité vedieť, že v dielektriku, aby bolo možné odtrhnúť nosič náboja, napríklad elektrón z atómu, musia byť vyvinuté veľké sily. Popísané javy sa preto vo všeobecnosti pozorujú na vodivých telách.
Elektrický výkon solitárneho vodiča
Najprv zvážte pojem osamelý vodič. Je to vodič, ktorý je vzdialený od ostatných nabitých vodičov a tiel. Navyše, potenciál na ňom bude závisieť od jeho poplatku.
Elektrická kapacita samostatného vodiča je schopnosť vodiča držať distribuovaný náboj. Najprv to záleží na tvare vodiča.
Ak sú dve takéto telieska oddelené dielektrikom, napríklad vzduchom, sľudou, papierom, keramikou atď. - získajte kondenzátor. Jeho kapacita závisí od vzdialenosti medzi doskami a ich plochou, ako aj od potenciálneho rozdielu medzi nimi.
Vzorce opisujú závislosť kapacity od rozdielu potenciálu a od geometrických rozmerov plochého kondenzátora. Viac informácií o čo je elektrická kapacita, môžete z nášho samostatného článku.
Rozloženie náboja a tvar tela
Hustota distribúcie nosičov náboja teda závisí od tvaru vodiča. Zvážte to na príklade vzorcov pre sféru.
Predpokladajme, že máme určitú kovovú nabitú guľu s polomerom R, hustotou náboja na povrchu G a potenciálom F. Potom:
Z posledného odvodeného vzorca môžeme pochopiť, že hustota je približne nepriamo úmerná polomeru gule.
To znamená, že čím je predmet vypuklejší a ostrejší, tým väčšia je hustota nosičov na tomto mieste. Na konkávnych povrchoch je hustota minimálna. Vidno to vo videu:
Praktická aplikácia
Ak vezmete do úvahy vyššie uvedené, je potrebné poznamenať, že prúd preteká káblom a je distribuovaný, akoby akoby bol vonkajší priemer potrubia. Je to kvôli charakteristikám distribúcie elektrónov vo vodivom tele.
Je zvláštne, že keď prúd prúdi v systémoch s vysokofrekvenčným prúdom, pozoruje sa kožný efekt. Toto je rozdelenie nábojov na povrchu vodičov. V tomto prípade sa však pozoruje ešte tenšia „vodivá“ vrstva.
Čo to znamená? To naznačuje, že pre tok prúdu podobnej veľkosti so sieťovou frekvenciou 50 Hz a frekvenciou 50 kHz vo vysokofrekvenčnom obvode bude potrebný väčší prierez vodivého jadra. V praxi sa to pozoruje pri prepínaní napájacích zdrojov. V ich transformátoroch tečú práve také prúdy. Ak chcete zväčšiť prierez, vyberte buď hrubý drôt alebo vinutie vinutia niekoľkými žilami naraz.
V systémoch ochrany pred bleskom sa v praxi používa závislosť distribúcie hustoty od tvaru povrchu opísaného v predchádzajúcej časti. Je známe, že na ochranu pred poškodením bleskom je nainštalovaný jeden z typov ochrany proti blesku, napríklad bleskozvod. Na svojom povrchu sa akumulujú nabité častice, vďaka čomu dochádza k výtoku práve v ňom, čo opäť potvrdzuje to, čo bolo povedané o ich distribúcii.
Nakoniec odporúčame pozerať video, v ktorom jednoduchými slovami vysvetľuje a jasne ukazuje, ako sú poplatky rozdelené v dirigente:
Toto je všetko, čo sme vám chceli povedať o tom, ako dochádza k distribúcii náboja vo vodiči, keď prúdi prúd. Dúfame, že poskytnuté informácie boli pre vás zrozumiteľné a užitočné!
Súvisiace materiály:
Načítava sa ...
