Com es distribueixen les càrregues en un conductor quan flueix el corrent
Els operadors de càrrega i el seu moviment
Un conductor és una substància en què els portadors comencen a moure's sota la influència del més mínim camp elèctric extern. Quan no hi ha un camp extern, els camps dels ions positius i els electrons negatius es cancel·len els uns als altres. Hem examinat un tema relacionat amb més detall i comparat conductors, dielèctrics i semiconductors en un article publicat anteriorment.
Considereu un objecte metàl·lic que es troba en un camp elèctric. Els operadors de càrrega comencen a moure's sota la influència d'un camp extern a causa del fet que les forces de Coulomb comencen a actuar sobre els transportistes. A més, la direcció d’acció d’aquestes forces sobre portadors positius i negatius és en una direcció diferent. El moviment s’atura si la suma de les intensitats dels camps externs i interns es converteix en zero, és a dir:
Erez = E intern + E extern = 0
En aquest cas, la força del camp és igual a:
E = dF / dt
Si la tensió és zero, el potencial dins del cos és igual a algun nombre constant. Això quedarà clar si expressem el potencial d’aquesta fórmula i l’integrem, és a dir:
Els ions i electrons positius de tot el volum del cos es precipiten a la seva superfície per tal de compensar la tensió camp elèctric. Aleshores, dins del conductor, el camp elèctric es torna igual a zero, ja que és equilibrat per portadors de càrrega des de la seva superfície.
Interessant! Una superfície sobre la qual es troba el mateix potencial en tots els punts s'anomena equipotencial.
Si considerem aquest problema amb més detall, llavors quan un conductor s’introdueix en un camp elèctric, els ions positius es mouen contra les seves línies de força i els electrons negatius en la mateixa direcció. Això passa fins que es distribueixen i el camp del conductor es torna igual a zero. Aquests càrrecs s’anomenen induïts o excés.
Important! Quan les càrregues es comuniquen al material conductor, es distribueixen de manera que s’arribi a un estat d’equilibri. Les mateixes càrregues es repel·len i tendeixen d’acord amb la direcció de les línies de força del camp elèctric.
D’aquí es dedueix que el treball dels operadors de càrrega mòbil és zero, el que és igual a la diferència de potencial. Aleshores, el potencial en diferents seccions del conductor és igual a un nombre constant i no canvia.És important saber que en un dielèctric, per esquinçar un portador de càrrega, per exemple, un electró d’un àtom, s’han d’aplicar grans forces. Per tant, els fenòmens descrits en un sentit general s’observen sobre cossos conductors.
Capacitat elèctrica d’un conductor solitari
Primer, considereu el concepte de conductor solitari. Es tracta d’un conductor allunyat d’altres conductors i cossos carregats. A més, el potencial d'ell dependrà del seu càrrec.
La capacitat elèctrica d’un conductor solitari és la capacitat d’un conductor de retenir una càrrega distribuïda. En primer lloc, depèn de la forma del conductor.
Si dos cossos d'aquest tipus estan separats per un dielèctric, per exemple, aire, mica, paper, ceràmica, etc. - obtenir un condensador. La seva capacitat depèn de la distància entre les plaques i la seva zona, així com de la diferència de potencial entre elles.
Les fórmules descriuen la dependència de la capacitança de la diferència de potencial i de les dimensions geomètriques d’un condensador pla. Obteniu més informació què és la capacitat elèctrica, podeu accedir al nostre article a part.
Distribució de la càrrega i forma del cos
Per tant, la densitat de distribució dels portadors depèn de la forma del conductor. Considereu-ho amb l'exemple de fórmules per a una esfera.
Suposem que tenim una determinada esfera de càrrega metàl·lica, amb el radi R, densitat de càrrega a la superfície G i potencial F. A continuació:
A partir de l’última fórmula derivada, podem entendre que la densitat és aproximadament inversament proporcional al radi de l’esfera.
És a dir, com més convex i nítid és l'objecte, major serà la densitat de portadors en aquest lloc. En superfícies còncaves, la densitat és mínima. Això es pot veure al vídeo:
Aplicació pràctica
Si tenim en compte l’anterior, cal assenyalar que el corrent flueix pel cable i es distribueix, com si fos pel diàmetre exterior del tub. Això es deu a les característiques de la distribució d’electrons en un cos conductor.
És curiós que quan el corrent flueix en sistemes amb corrent d’alta freqüència s’observa un efecte de pell. Es tracta de la distribució de les càrregues a la superfície dels conductors. Però, en aquest cas, s’observa una capa “conductora” encara més fina.
Què vol dir això? Això suggereix que perquè es produeixi un corrent de magnitud similar amb una freqüència de xarxa de 50 Hz i una freqüència de 50 kHz en un circuit d’alta freqüència, caldrà una secció més gran del nucli conductor. A la pràctica, això s'observa en les fonts d'alimentació de commutació. Precisament són aquests corrents que flueixen en els seus transformadors. Per augmentar la secció transversal, opteu per un fil gruixut o bé enrolleu les bobines amb diverses venes alhora.
La dependència de la distribució de densitat de la forma superficial descrita a l'apartat anterior s'utilitza en la pràctica en sistemes de protecció contra llamps. Se sap que per protegir-se dels danys del raig, s’instal·la un dels tipus de protecció contra llamps, per exemple, un llamp. A la seva superfície s’acumulen partícules carregades, degut a les quals la descàrrega es produeix precisament en ella, cosa que torna a confirmar el que es va dir sobre la seva distribució.
Finalment, recomanem veure un vídeo en el qual, en paraules senzilles, s’explica i es mostra gràficament com es distribueixen les càrregues al conductor:
Això és tot el que volíem explicar sobre com es produeix la distribució de càrrega al conductor quan flueix el corrent. Esperem que la informació proporcionada sigui comprensible i útil per a vostè!
Materials relacionats:
Carregant ...
