Cum se distribuie tarifele într-un conductor când curge curent
Transportatorii de sarcină și mișcarea acestora
Un conductor este o substanță în care purtătorii încep să se miște sub influența celui mai mic câmp electric extern. Când nu există un câmp extern, câmpurile ionilor pozitivi și electronii negativi se anulează reciproc. Am examinat o problemă aferentă mai detaliat și am comparat conductori, dielectrici și semiconductori într-un articol publicat anterior.
Luați în considerare un obiect metalic care se află într-un câmp electric. Transportatorii de taxă încep să se deplaseze sub influența unui câmp extern datorită faptului că forțele Coulomb încep să acționeze asupra transportatorilor de taxă. Mai mult, direcția de acțiune a acestor forțe asupra purtătorilor pozitivi și negativi se află într-o direcție diferită. Mișcarea se oprește dacă suma intensităților câmpurilor externe și interne devine zero, adică:
Erez = E intern + E extern = 0
În acest caz, rezistența câmpului este egală cu:
E = dF / dt
Dacă tensiunea este zero, atunci potențialul din interiorul corpului este egal cu un număr constant. Acest lucru va deveni clar dacă exprimăm potențialul din această formulă și ne integrăm, adică:
Ionii pozitivi și electronii din întregul volum al corpului se grăbesc la suprafața sa pentru a compensa tensiunea câmp electric. Apoi, în interiorul conductorului, câmpul electric devine egal cu zero, deoarece este echilibrat de purtătorii de sarcină de la suprafața sa.
! interesant O suprafață pe care același potențial este prezent în toate punctele este numită echipotențială.
Dacă analizăm această problemă mai detaliat, atunci când un conductor este introdus într-un câmp electric, ionii pozitivi se mișcă împotriva liniilor sale de câmp și electronii negativi în aceeași direcție. Acest lucru se întâmplă până când sunt distribuite, iar câmpul în conductor devine egal cu zero. Astfel de taxe sunt numite induse sau exces.
Important! Când sarcinile sunt comunicate materialului conductor, acestea sunt distribuite astfel încât să se ajungă la o stare de echilibru. Aceleași sarcini se vor respinge și au tendința în conformitate cu direcția liniilor de forță ale câmpului electric.
Rezultă că activitatea transportatorilor de taxă în mișcare este zero, ceea ce este egal cu diferența de potențial. Apoi, potențialul în diferite secțiuni ale conductorului este egal cu un număr constant și nu se schimbă.Este important de știut că într-un dielectric, pentru a rupe un purtător de sarcină, de exemplu, un electron dintr-un atom, trebuie aplicate forțe mari. Prin urmare, fenomenele descrise în sens general sunt observate pe corpuri conductoare.
Capacitatea electrică a unui conductor solitar
În primul rând, luați în considerare conceptul de conductor solitar. Acesta este un conductor care este la distanță de alți conductori și corpuri încărcate. Mai mult decât atât, potențialul pe care îl are va depinde de tarifele sale.
Capacitatea electrică a unui conductor solitar este capacitatea unui conductor de a deține o încărcătură distribuită. În primul rând, depinde de forma conductorului.
Dacă două astfel de corpuri sunt separate printr-un dielectric, de exemplu, aer, mica, hârtie, ceramică etc. - obțineți un condensator. Capacitatea sa depinde de distanța dintre plăci și zona lor, precum și de diferența de potențial dintre ele.
Formulele descriu dependența capacitanței de diferența de potențial și de dimensiunile geometrice ale unui condensator plat. Aflați mai multe despre ce este capacitatea electrică, puteți din articolul nostru separat.
Distribuția sarcinii și forma corpului
Deci, densitatea de distribuție a purtătorilor de încărcare depinde de forma conductorului. Luați în considerare acest lucru cu exemplul de formule pentru o sferă.
Să presupunem că avem o anumită sferă încărcată metalică, cu raza R, densitatea de sarcină pe suprafața G și potențialul F. Atunci:
Din ultima formulă derivată, putem înțelege că densitatea este aproximativ invers proporțională cu raza sferei.
Adică, cu cât obiectul este mai convex și mai ascuțit, cu atât densitatea purtătorilor este mai mare. Pe suprafețe concave, densitatea este minimă. Acest lucru poate fi văzut în videoclip:
Aplicație practică
Dacă luăm în considerare cele de mai sus, este de remarcat faptul că curentul circulă prin cablu și este distribuit, ca și cum ar fi diametrul exterior al conductei. Acest lucru se datorează caracteristicilor distribuției electronilor într-un corp conductor.
Este curios că atunci când curentul curge în sisteme cu curent de înaltă frecvență, se observă un efect de piele. Aceasta este distribuția sarcinilor pe suprafața conductorilor. Dar în acest caz, se observă un strat „mai conductor” și mai subțire.
Ce înseamnă asta? Acest lucru sugerează că pentru ca un curent de o magnitudine similară să apară cu o frecvență de rețea de 50 Hz și o frecvență de 50 kHz într-un circuit de înaltă frecvență, va fi necesară o secțiune mai mare a miezului conductor. În practică, acest lucru este observat la sursele de alimentare cu comutare. Tocmai astfel de curenți curg în transformatoarele lor. Pentru a mări aria secțiunii transversale, alegeți un fir gros sau înfășurați înfășurările cu mai multe vene simultan.
Dependența distribuției densității de forma suprafeței descrisă în secțiunea anterioară este utilizată în practică în sistemele de protecție împotriva trăsnetului. Este cunoscut faptul că pentru a proteja împotriva avariilor de trăsnet, este instalat unul dintre tipurile de protecție împotriva trăsnetului, de exemplu, un fulger. Pe suprafața sa se acumulează particule încărcate, datorită cărora descărcarea are loc tocmai în ea, ceea ce confirmă din nou ceea ce s-a spus despre distribuția lor.
În cele din urmă, vă recomandăm să vizionați un videoclip în care, în cuvinte simple, este explicat și arătat grafic modul în care se distribuie sarcinile în conductor:
Este tot ce am dorit să vă spunem despre cum se produce distribuția de sarcină în conductor atunci când curge curent. Sperăm că informațiile furnizate au fost inteligibile și utile pentru dumneavoastră!
Materiale conexe:
Se încarcă ...
