Како се набоји дистрибуирају у проводнику када струја тече
Пуњење превозника и њихово кретање
Проводник је супстанца у којој се носачи почињу кретати под утицајем најмањег спољног електричног поља. Када нема спољног поља, поља позитивних јона и негативних електрона једно се друго отказују. Проучили смо детаљније и упоредили повезано питање проводници, диелектричари и полуводичи у чланку објављеном раније.
Размотрите метални предмет који се налази у електричном пољу. Носачи набоја почињу да се крећу под утицајем спољног поља због чињенице да Куломове силе почињу да делују на носаче набоја. Штавише, правац дејства ових сила на позитивне и негативне носиоце лежи у другом правцу. Кретање се зауставља ако збир интензитета спољног и унутрашњег поља постане нула, односно:
Ерез = Е унутрашњи + Е спољни = 0
У овом случају јачина поља је једнака:
Е = дФ / дт
Ако је напетост једнака нули, тада је потенцијал унутар тела једнак неком константном броју. То ће постати јасно ако изразимо потенцијал из ове формуле и интегришемо, то је:
Позитивни јони и електрони из целог волумена тела јуре на његову површину да би надокнадили напетост електрично поље. Затим унутар проводника електрично поље постаје једнако нули, пошто га уравнотежују носачи набоја са његове површине.
Занимљиво! Површина на којој постоји исти потенцијал у свим тачкама зове се еквипотенцијал.
Ако детаљније испитамо ово питање, када се проводник уведе у електрично поље, позитивни јони крећу се против његових поља поља, а негативни електрони у истом смеру. То се догађа док се они не дистрибуирају, а поље у проводнику не постане једнако нули. Такви набоји се називају индуковани или вишкови.
Важно! Када се набоји саопште проводном материјалу, они се дистрибуирају тако да се постигне равнотежно стање. Исти набоји ће се одбијати и крећу се у складу са смером линија електричног поља.
Из тога слиједи да је рад помичних носача набоја једнак нули, што је једнако разлици потенцијала. Тада је потенцијал у различитим пресецима проводника једнак константном броју и не мења се.Важно је знати да се у диелектрику, ради кидања носача наелектрисања, на пример, електрона из атома, морају применити велике силе. Стога су описане појаве у општем смислу посматране на проводљивим телима.
Електрични капацитет солитарног проводника
Прво размотрите концепт солитарног проводника. Ово је проводник који је удаљен од других набијених проводника и тела. Штавише, потенцијал на њему зависиће од његове набоје.
Електрични капацитет самотног проводника је способност проводника да држи расподељени набој. Пре свега, то зависи од облика проводника.
Ако су два таква тела раздвојена диелектриком, на пример, ваздух, сљуб, папир, керамика итд. - узми кондензатор. Његов капацитет зависи од растојања плоча и њихове површине, као и од разлике потенцијала између њих.
Формуле описују зависност капацитивности од разлике потенцијала и геометријских димензија равног кондензатора. Сазнајте више о шта је електрични капацитет, можете из нашег посебног чланка.
Расподјела набоја и облик тијела
Дакле, густина дистрибуције носача наелектрисања зависи од облика проводника. Размотрите ово на примеру формула за сферу.
Претпоставимо да имамо одређену металну наелектрисану сферу, са полумјером Р, густином наелектрисања на површини Г и потенцијалом Ф. Затим:
Из последње изведене формуле можемо схватити да је густина отприлике обрнуто пропорционална радијусу сфере.
То јест, што је предмет конвекснији и оштрији, већа је густина носача на овом месту. На конкавним површинама густоћа је минимална. То се може видети у видеу:
Практична примена
Ако узмемо у обзир горе наведено, вриједно је напоменути да струја тече каблом и дистрибуира се, као да је спољашњи пречник цеви. То је због карактеристика дистрибуције електрона у проводном телу.
Занимљиво је да када се струја тече у системима са високофреквентном струјом примећује се ефекат коже. Ово је расподјела набоја на површини проводника. Али у овом случају се примећује још тањи „проводљиви“ слој.
Шта то значи? Ово сугерише да ће за струју сличне величине која се јавља са мрежном фреквенцијом од 50 Хз и фреквенцијом од 50 кХз у високофреквентном кругу бити потребан већи пресек проводног језгра. У пракси се то примећује код пребацивања напајања. Управо такве струје теку у њиховим трансформаторима. Да бисте повећали површину попречног пресека, одаберите дебелу жицу или намотајте намотаје са неколико вена одједном.
Зависност дистрибуције густине од облика површине описана у претходном одељку користи се у пракси у системима заштите од грома. Познато је да се за заштиту од оштећења од грома поставља једна од врста заштите од грома, на пример громобрана. На његовој површини се накупљају наелектрисане честице, због којих се пражњење тачно налази у њој, што опет потврђује оно што је речено о њиховој дистрибуцији.
На крају, препоручујемо вам да погледате видео у којем је, једноставним речима, објашњено и графички приказано како се набоји дистрибуирају у проводнику:
Ово је све што смо желели да вам кажемо о томе како долази до расподјеле набоја у проводнику када струја тече. Надамо се да су вам пружене информације биле разумљиве и корисне!
Сродни материјали:
Учитавање ...
