Πώς κατανέμονται οι χρεώσεις σε έναν αγωγό όταν ρέει το ρεύμα
Φορτίστε τους μεταφορείς και την κίνησή τους
Ένας αγωγός είναι μια ουσία στην οποία οι φορείς αρχίζουν να κινούνται υπό την επίδραση του παραμικρού εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου. Όταν δεν υπάρχει εξωτερικό πεδίο, τα πεδία των θετικών ιόντων και των αρνητικών ηλεκτρονίων ακυρώνονται μεταξύ τους. Εξετάσαμε ένα σχετικό ζήτημα με περισσότερες λεπτομέρειες και συγκρίναμε αγωγοί, διηλεκτρικά και ημιαγωγοί σε ένα άρθρο που δημοσιεύτηκε νωρίτερα.
Σκεφτείτε ένα μεταλλικό αντικείμενο που βρίσκεται σε ηλεκτρικό πεδίο. Οι μεταφορείς φορτίου αρχίζουν να κινούνται υπό την επίδραση ενός εξωτερικού πεδίου λόγω του γεγονότος ότι οι δυνάμεις Coulomb αρχίζουν να ενεργούν στους μεταφορείς φορτίου. Επιπλέον, η κατεύθυνση δράσης αυτών των δυνάμεων σε θετικούς και αρνητικούς φορείς βρίσκεται σε διαφορετική κατεύθυνση. Η κίνηση σταματά αν το άθροισμα των εντάσεων των εξωτερικών και εσωτερικών πεδίων μηδενιστεί, δηλαδή:
Erez = E εσωτερικό + E εξωτερικό = 0
Σε αυτήν την περίπτωση, η ισχύς του πεδίου ισούται με:
E = dF / dt
Εάν η ένταση είναι μηδέν, τότε το δυναμικό μέσα στο σώμα είναι ίσο με κάποιο σταθερό αριθμό. Αυτό θα γίνει σαφές εάν εκφράσουμε τις δυνατότητες από αυτόν τον τύπο και ενσωματώσουμε, δηλαδή:
Τα θετικά ιόντα και τα ηλεκτρόνια από ολόκληρο τον όγκο του σώματος σπρώχνουν στην επιφάνειά του για να αντισταθμίσουν την ένταση ηλεκτρικό πεδίο. Στη συνέχεια, στο εσωτερικό του αγωγού, το ηλεκτρικό πεδίο ισούται με το μηδέν, καθώς ισορροπείται από φορείς φόρτισης από την επιφάνειά του.
Ενδιαφέρον! Μια επιφάνεια στην οποία υπάρχει το ίδιο δυναμικό σε όλα τα σημεία ονομάζεται ισοδυναμική.
Εάν εξετάσουμε αυτό το ζήτημα με περισσότερες λεπτομέρειες, όταν ένας αγωγός εισάγεται σε ένα ηλεκτρικό πεδίο, τα θετικά ιόντα κινούνται έναντι των γραμμών πεδίου του και τα αρνητικά ηλεκτρόνια στην ίδια κατεύθυνση. Αυτό συμβαίνει έως ότου διανεμηθούν και το πεδίο στον αγωγό γίνεται μηδέν. Τέτοιες χρεώσεις καλούνται επαγόμενες ή υπερβολικές.
Σημαντικό! Όταν τα φορτία κοινοποιούνται στο αγώγιμο υλικό, διανέμονται έτσι ώστε να επιτυγχάνεται κατάσταση ισορροπίας. Τα ίδια φορτία θα απωθούν και τείνουν σύμφωνα με την κατεύθυνση των γραμμών δύναμης του ηλεκτρικού πεδίου.
Επομένως, η εργασία των μεταφορέων φορτίου είναι μηδενική, η οποία ισούται με τη διαφορά δυναμικού. Στη συνέχεια, το δυναμικό σε διαφορετικά τμήματα του αγωγού είναι ίσο με έναν σταθερό αριθμό και δεν αλλάζει.Είναι σημαντικό να γνωρίζουμε ότι σε ένα διηλεκτρικό, για να σκιστεί ο φορέας φόρτισης, για παράδειγμα, ένα ηλεκτρόνιο από ένα άτομο, πρέπει να εφαρμοστούν μεγάλες δυνάμεις. Επομένως, τα περιγραφόμενα φαινόμενα με μια γενική έννοια παρατηρούνται σε αγώγιμα σώματα.
Ηλεκτρική χωρητικότητα ενός μοναχικού αγωγού
Πρώτον, σκεφτείτε την έννοια ενός μοναχικού αγωγού. Αυτός είναι ένας αγωγός που είναι απομακρυσμένος από άλλους φορτισμένους αγωγούς και σώματα. Επιπλέον, το δυναμικό σε αυτό θα εξαρτηθεί από τη χρέωσή του.
Η ηλεκτρική ικανότητα ενός μοναχικού αγωγού είναι η ικανότητα ενός αγωγού να διατηρεί ένα κατανεμημένο φορτίο. Πρώτα απ 'όλα, εξαρτάται από το σχήμα του αγωγού.
Εάν δύο τέτοια σώματα χωρίζονται με διηλεκτρικό, για παράδειγμα, αέρα, μαρμαρυγία, χαρτί, κεραμικά κ.λπ. - πάρτε έναν πυκνωτή. Η χωρητικότητά του εξαρτάται από την απόσταση μεταξύ των πλακών και της περιοχής τους, καθώς και από την πιθανή διαφορά μεταξύ τους.
Οι τύποι περιγράφουν την εξάρτηση της χωρητικότητας από τη διαφορά δυναμικού και από τις γεωμετρικές διαστάσεις ενός επίπεδου πυκνωτή. Μάθετε περισσότερα για τι είναι η ηλεκτρική ικανότηταμπορείτε από το ξεχωριστό μας άρθρο.
Κατανομή φόρτισης και σχήμα σώματος
Έτσι, η πυκνότητα κατανομής των φορέων φόρτισης εξαρτάται από το σχήμα του αγωγού. Σκεφτείτε το με το παράδειγμα των τύπων για μια σφαίρα.
Ας υποθέσουμε ότι έχουμε μια συγκεκριμένη μεταλλική φορτισμένη σφαίρα, με ακτίνα R, πυκνότητα φόρτισης στην επιφάνεια G και δυναμικό F. Στη συνέχεια:
Από τον τελευταίο τύπο που προκύπτει, μπορούμε να καταλάβουμε ότι η πυκνότητα είναι περίπου αντίστροφα ανάλογη με την ακτίνα της σφαίρας.
Δηλαδή, όσο πιο κυρτό και αιχμηρό είναι το αντικείμενο, τόσο μεγαλύτερη είναι η πυκνότητα των φορέων σε αυτό το μέρος. Σε κοίλες επιφάνειες, η πυκνότητα είναι ελάχιστη. Αυτό μπορεί να φανεί στο βίντεο:
Πρακτική εφαρμογή
Εάν λάβετε υπόψη τα παραπάνω, αξίζει να σημειωθεί ότι το ρεύμα ρέει μέσω του καλωδίου και διανέμεται, σαν από την εξωτερική διάμετρο του σωλήνα. Αυτό οφείλεται στα χαρακτηριστικά της κατανομής των ηλεκτρονίων σε ένα αγώγιμο σώμα.
Είναι περίεργο ότι όταν ρέει ρεύμα σε συστήματα με ρεύμα υψηλής συχνότητας, παρατηρείται φαινόμενο στο δέρμα. Αυτή είναι η κατανομή των φορτίων στην επιφάνεια των αγωγών. Αλλά σε αυτήν την περίπτωση, παρατηρείται ένα ακόμη λεπτότερο «αγώγιμο» στρώμα.
Τι σημαίνει αυτό; Αυτό υποδηλώνει ότι για τη ροή ρεύματος παρόμοιου μεγέθους με συχνότητα δικτύου 50 Hz και συχνότητα 50 kHz σε κύκλωμα υψηλής συχνότητας, απαιτείται μεγαλύτερη διατομή του αγώγιμου πυρήνα. Στην πράξη, αυτό παρατηρείται στην εναλλαγή τροφοδοτικών. Είναι ακριβώς τέτοια ρεύματα που ρέουν στους μετασχηματιστές τους. Για να αυξήσετε την περιοχή διατομής, επιλέξτε είτε ένα παχύ σύρμα, είτε τυλίξτε τις περιελίξεις με πολλές φλέβες ταυτόχρονα.
Η εξάρτηση της κατανομής πυκνότητας στο σχήμα της επιφάνειας που περιγράφεται στην προηγούμενη ενότητα χρησιμοποιείται στην πράξη σε συστήματα προστασίας από κεραυνούς. Είναι γνωστό ότι για την προστασία από ζημιές από κεραυνούς, είναι εγκατεστημένος ένας από τους τύπους αστραπής προστασίας, για παράδειγμα, κεραυνός. Στην επιφάνειά του, συσσωρεύονται φορτισμένα σωματίδια, λόγω των οποίων η εκκένωση συμβαίνει ακριβώς σε αυτό, πράγμα που επιβεβαιώνει και πάλι αυτό που ειπώθηκε για την κατανομή τους.
Τέλος, συνιστούμε να παρακολουθήσετε ένα βίντεο στο οποίο, με απλά λόγια, εξηγεί και δείχνει με σαφήνεια πώς κατανέμονται οι χρεώσεις στον αγωγό:
Αυτό είναι το μόνο που θέλαμε να σας πούμε για το πώς γίνεται η κατανομή φόρτισης στον αγωγό όταν ρέει το ρεύμα. Ελπίζουμε ότι οι παρεχόμενες πληροφορίες ήταν κατανοητές και χρήσιμες για εσάς!
Σχετικά υλικά:
Φόρτωση ...
