ประจุมีการกระจายตัวอย่างไรในตัวนำเมื่อกระแสไหล
ชาร์จผู้ให้บริการและการเคลื่อนไหว
ตัวนำเป็นสารที่ผู้ให้บริการเริ่มเคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าภายนอกที่น้อยที่สุด เมื่อไม่มีสนามภายนอกสนามของประจุบวกและอิเล็กตรอนเชิงลบจะตัดกัน เราตรวจสอบปัญหาที่เกี่ยวข้องโดยละเอียดและเปรียบเทียบกันมากขึ้น ตัวนำ dielectrics และเซมิคอนดักเตอร์ ในบทความที่เผยแพร่ก่อนหน้านี้
พิจารณาวัตถุที่เป็นโลหะที่อยู่ในสนามไฟฟ้า พาหะของประจุเริ่มเคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของเขตข้อมูลภายนอกเนื่องจากกองกำลังของคูลอมบ์เริ่มที่จะกระทำกับพาหะของประจุ นอกจากนี้ทิศทางของการกระทำของกองกำลังเหล่านี้กับผู้ให้บริการบวกและลบอยู่ในทิศทางที่แตกต่างกัน การเคลื่อนไหวหยุดลงถ้าผลรวมของความเข้มของเขตข้อมูลภายนอกและภายในกลายเป็นศูนย์นั่นคือ:
Erez = E ภายใน + E external = 0
ในกรณีนี้ความแรงของสนามเท่ากับ:
E = dF / dt
หากความตึงเป็นศูนย์แสดงว่าศักยภาพภายในร่างกายเท่ากับจำนวนคงที่ สิ่งนี้จะชัดเจนหากเราแสดงศักยภาพจากสูตรนี้และผสานรวมนั่นคือ:
ประจุบวกและอิเล็กตรอนจากปริมาตรของร่างกายทั้งหมดจะพุ่งไปที่พื้นผิวเพื่อชดเชยความตึง สนามไฟฟ้า. จากนั้นภายในตัวนำสนามไฟฟ้าจะกลายเป็นศูนย์เนื่องจากมันมีความสมดุลโดยประจุของตัวพาประจุจากพื้นผิว
! ที่น่าสนใจ พื้นผิวที่มีศักยภาพเท่ากันปรากฏอยู่ทุกจุดเรียกว่า equipotential
หากเราพิจารณาปัญหานี้อย่างละเอียดยิ่งขึ้นเมื่อมีการนำตัวนำเข้าไปในสนามไฟฟ้าอิออนบวกจะเคลื่อนที่ไปตามแนวแรงและอิเล็กตรอนเชิงลบในทิศทางเดียวกัน สิ่งนี้จะเกิดขึ้นจนกว่าจะมีการกระจายและสนามในตัวนำจะเท่ากับศูนย์ ค่าใช้จ่ายดังกล่าวเรียกว่าการเหนี่ยวนำหรือเกิน
สิ่งสำคัญ! เมื่อค่าใช้จ่ายถูกสื่อสารไปยังวัสดุที่เป็นตัวนำไฟฟ้าพวกมันจะถูกกระจายออกไปเพื่อให้เกิดสภาวะสมดุล ประจุที่เหมือนกันจะขับไล่และมีแนวโน้มตามทิศทางของเส้นแรงของสนามไฟฟ้า
มันตามมาว่าการเคลื่อนที่ของตัวพาประจุเป็นศูนย์ซึ่งเท่ากับความต่างศักย์ ศักยภาพในส่วนต่าง ๆ ของตัวนำมีค่าเท่ากับจำนวนคงที่และไม่เปลี่ยนแปลงสิ่งสำคัญคือต้องรู้ว่าในอิเล็กทริกเพื่อที่จะฉีกผู้ให้บริการประจุตัวอย่างเช่นอิเล็กตรอนจากอะตอมจะต้องใช้แรงมาก ดังนั้นปรากฏการณ์ที่อธิบายไว้ในความหมายทั่วไปจะถูกสังเกตเห็นในร่างกายที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า
ความจุไฟฟ้าของตัวนำเดี่ยว
ก่อนอื่นให้พิจารณาแนวคิดของตัวนำที่โดดเดี่ยว นี่คือตัวนำที่อยู่ห่างไกลจากตัวนำและตัวนำที่มีประจุอื่น ยิ่งไปกว่านั้นศักยภาพนั้นขึ้นอยู่กับประจุของมัน
ความสามารถทางไฟฟ้าของตัวนำไฟฟ้าเดี่ยวคือความสามารถของตัวนำในการเก็บประจุแบบกระจาย ประการแรกมันขึ้นอยู่กับรูปร่างของตัวนำ
หากวัตถุสองชิ้นนั้นถูกแยกด้วยไดอิเล็กตริกเช่นอากาศไมกากระดาษเซรามิก ฯลฯ - รับตัวเก็บประจุ ความสามารถของมันขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างเพลตและพื้นที่ของมันรวมถึงความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างพวกมัน
สูตรนี้อธิบายการพึ่งพาความจุในความต่างศักย์และมิติทางเรขาคณิตของตัวเก็บประจุแบบแบน เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับ ความจุไฟฟ้าคืออะไรคุณสามารถทำได้จากบทความแยกของเรา
การกระจายประจุและรูปร่าง
ดังนั้นความหนาแน่นของการกระจายตัวของประจุพาหะจึงขึ้นอยู่กับรูปร่างของตัวนำ ลองพิจารณาสิ่งนี้กับตัวอย่างของสูตรสำหรับทรงกลม
สมมติว่าเรามีทรงกลมโลหะที่มีประจุบางตัวด้วยรัศมี R, ประจุความหนาแน่นบนพื้นผิว G และศักย์ F ที่มีศักยภาพแล้ว:
จากสูตรที่ได้มาล่าสุดเราสามารถเข้าใจได้ว่าความหนาแน่นนั้นแปรผันตามสัดส่วนของรัศมีของทรงกลมโดยประมาณ
นั่นคือยิ่งวัตถุมีความนูนและคมชัดมากเท่าไหร่ความหนาแน่นของพาหะในสถานที่แห่งนี้ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น บนพื้นผิวเว้าความหนาแน่นน้อยที่สุด สามารถดูได้ในวิดีโอ:
การใช้งานจริง
ถ้าเราคำนึงถึงข้างต้นมันก็น่าสังเกตว่ากระแสไหลผ่านสายเคเบิลและมีการกระจายราวกับว่าโดยเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของท่อ นี่คือสาเหตุที่ลักษณะของการกระจายตัวของอิเล็กตรอนในร่างกายดำเนินการ
เป็นที่น่าสงสัยว่าเมื่อกระแสไหลในระบบที่มีกระแสความถี่สูงจะมีผลต่อผิวหนัง นี่คือการกระจายของประจุบนพื้นผิวของตัวนำ แต่ในกรณีนี้จะมีการสังเกตการกระทำของเลเยอร์ที่บางลง
มันหมายความว่าอะไร? สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่าสำหรับการไหลของกระแสที่มีขนาดใกล้เคียงกันที่มีความถี่เครือข่าย 50 Hz และความถี่ 50 kHz ในวงจรความถี่สูงจะต้องมีการตัดขวางที่ใหญ่กว่าของแกนนำไฟฟ้า ในทางปฏิบัติจะสังเกตได้จากการสลับแหล่งจ่ายไฟ มันเป็นกระแสที่แม่นยำที่ไหลในหม้อแปลง หากต้องการเพิ่มพื้นที่หน้าตัดให้เลือกเส้นลวดหนาหรือไขลานที่มีหลายเส้นในคราวเดียว
การพึ่งพาการกระจายความหนาแน่นของรูปร่างพื้นผิวที่อธิบายไว้ในส่วนก่อนหน้านี้ถูกนำมาใช้ในทางปฏิบัติในระบบป้องกันฟ้าผ่า เป็นที่ทราบกันดีว่าเพื่อป้องกันความเสียหายจากฟ้าผ่าหนึ่งในประเภทของการป้องกันฟ้าผ่าเช่นสายล่อฟ้าติดตั้งอยู่ บนผิวของมันอนุภาคประจุไฟฟ้าสะสมขึ้นเนื่องจากการปลดปล่อยเกิดขึ้นอย่างแม่นยำซึ่งยืนยันสิ่งที่พูดถึงการกระจายตัวของมันอีกครั้ง
สุดท้ายเราขอแนะนำให้ดูวิดีโอที่มีคำอธิบายง่ายๆและอธิบายด้วยวิธีกราฟิกว่ามีการกระจายประจุในตัวนำอย่างไร:
นี่คือทั้งหมดที่เราต้องการจะบอกคุณเกี่ยวกับการกระจายประจุในตัวนำเกิดขึ้นเมื่อกระแสไหล เราหวังว่าข้อมูลที่ให้ไว้นั้นสามารถเข้าใจได้และมีประโยชน์สำหรับคุณ!
วัสดุที่เกี่ยวข้อง:
กำลังโหลด ...
