Akım aktığında yükler iletken içinde nasıl dağıtılır
Yük taşıyıcıları ve hareketleri
İletken, taşıyıcıların en küçük harici elektrik alanının etkisi altında hareket etmeye başladığı bir maddedir. Harici alan olmadığında, pozitif iyon ve negatif elektron alanları birbirini iptal eder. İlgili bir konuyu daha ayrıntılı olarak inceledik ve karşılaştırdık iletkenler, dielektrikler ve yarı iletkenler daha önce yayınlanan bir makalede.
Elektrik alanındaki metal bir nesneyi düşünün. Yük taşıyıcılar, Coulomb kuvvetlerinin yük taşıyıcıları üzerinde hareket etmeye başlaması nedeniyle harici bir alanın etkisi altında hareket etmeye başlar. Dahası, bu kuvvetlerin pozitif ve negatif taşıyıcılar üzerindeki etki yönü farklı bir yöndedir. Dış ve iç alanların yoğunluklarının toplamı sıfır olduğunda hareket durur, yani:
Erez = E dahili + E harici = 0
Bu durumda, alan kuvveti eşittir:
E = dF / dt
Gerginlik sıfırsa, vücudun içindeki potansiyel bir sabit sayıya eşittir. Bu formüldeki potansiyeli ifade edersek ve bütünleştirirsek, bu açıklığa kavuşacaktır:
Vücudun tüm hacmindeki pozitif iyonlar ve elektronlar, gerilimi telafi etmek için yüzeyine koşar elektrik alanı. Daha sonra, iletkenin içinde, elektrik alanı sıfıra eşit olur, çünkü yüzeyinden şarj taşıyıcıları ile dengelenir.
İlginç! Tüm noktalarda aynı potansiyelin bulunduğu yüzeye eşpotansiyel denir.
Bu konuyu daha ayrıntılı olarak ele alırsak, bir iletken bir elektrik alanına sokulduğunda, pozitif iyonlar kendi kuvvet çizgilerine ve negatif elektronlara aynı yönde hareket eder. Bu, dağıtılana ve iletken içindeki alan sıfıra eşit olana kadar olur. Bu tür yüklere uyarılmış veya fazla denir.
Önemli! Yükler iletken malzemeye iletildiğinde, bir denge durumuna erişilecek şekilde dağıtılır. Aynı yükler, elektrik alanının kuvvet çizgilerinin yönüne göre itilir ve eğilimlidir.
Sonuç olarak, hareketli yük taşıyıcılarının çalışması sıfırdır, bu da potansiyel farka eşittir. Daha sonra iletkenin farklı kısımlarındaki potansiyel sabit bir sayıya eşittir ve değişmez.Bir dielektrikte, bir yük taşıyıcıyı, örneğin bir atomdan bir elektronu koparmak için büyük kuvvetlerin uygulanması gerektiğini bilmek önemlidir. Bu nedenle, tarif edilen fenomenler genel anlamda iletken cisimler üzerinde gözlenir.
Yalnız bir iletkenin elektrik kapasitesi
İlk olarak, tek bir iletken kavramını düşünün. Bu, diğer yüklü iletkenlerden ve gövdelerden uzak bir iletkendir. Dahası, üzerindeki potansiyel yüküne bağlı olacaktır.
Yalnız bir iletkenin elektrik kapasitesi, bir iletkenin dağıtılmış bir yükü tutma yeteneğidir. Her şeyden önce, iletkenin şekline bağlıdır.
Bu tür iki cisim bir dielektrik ile ayrılırsa, örneğin hava, mika, kağıt, seramik vb. - bir kondansatör alın. Kapasitesi, plakalar ve alanları arasındaki mesafeye ve bunların arasındaki potansiyel farka bağlıdır.
Formüller, kapasitansın düz bir kapasitörün potansiyel farkına ve geometrik boyutlarına bağımlılığını tanımlar. Hakkında daha fazla bilgi edinin elektrik kapasitesi nedir, ayrı makalemizden yapabilirsiniz.
Şarj dağılımı ve gövde şekli
Dolayısıyla, yük taşıyıcıların dağıtım yoğunluğu iletkenin şekline bağlıdır. Bunu bir küre için formül örneği ile düşünün.
R yarıçapı, G yüzeyindeki yük yoğunluğu ve potansiyel F ile belirli bir metalik yüklü küreye sahip olduğumuzu varsayalım.
Son türetilmiş formülden, yoğunluğun kürenin yarıçapı ile yaklaşık olarak ters orantılı olduğunu anlayabiliriz.
Yani, nesne ne kadar dışbükey ve keskin olursa, buradaki taşıyıcıların yoğunluğu o kadar büyük olur. İçbükey yüzeylerde yoğunluk minimumdur. Bu videoda görülebilir:
Pratik uygulama
Yukarıdakileri dikkate alırsanız, akımın kablodan aktığını ve borunun dış çapı gibi dağıldığını belirtmek gerekir. Bu, iletken bir gövdede elektronların dağılımının özelliklerinden kaynaklanmaktadır.
Yüksek frekanslı bir akıma sahip sistemlerde akım aktığında, bir cilt etkisinin gözlendiği merak edilmektedir. Bu, iletkenlerin yüzeyindeki yüklerin dağılımıdır. Ancak bu durumda daha da ince bir “iletken” katman gözlenir.
Bu ne anlama geliyor? Bu, benzer bir büyüklükteki bir akımın 50 Hz ağ frekansı ve yüksek frekans devresinde 50 kHz frekans ile meydana gelmesi için iletken çekirdeğin daha büyük bir kesitinin gerekli olacağını düşündürmektedir. Uygulamada, bu güç kaynaklarının değiştirilmesinde gözlenir. Transformatörlerinde tam olarak böyle akımlar akar. Kesit alanını arttırmak için kalın bir tel seçin veya sargıları aynı anda birkaç damarla sarın.
Yoğunluk dağılımının bir önceki bölümde açıklanan yüzey şekline bağımlılığı, yıldırımdan korunma sistemlerinde pratikte kullanılır. Yıldırım hasarına karşı koruma sağlamak için, yıldırımdan korunma türlerinden biri, örneğin bir paratoner monte edildiği bilinmektedir. Yüzeyinde, yüklü parçacıklar birikir, bu nedenle deşarj tam olarak içinde gerçekleşir, bu da dağılımları hakkında söylenenleri tekrar doğrular.
Son olarak, basit bir deyişle, ücretlerin iletkene nasıl dağıtıldığını açıklayan ve grafiksel olarak gösterilen bir video izlemenizi öneririz:
Akım ilettiğinde iletkendeki yük dağılımının nasıl gerçekleştiğini anlatmak istediğimiz tek şey budur. Sunulan bilgilerin sizin için anlaşılabilir ve yararlı olduğunu umuyoruz!
İlgili malzemeler:
Yükleniyor ...
