மின்னோட்டத்தின் வேகம்

இந்த சிந்தனை பரிசோதனையை செய்வோம். நகரத்திலிருந்து 100 கிலோமீட்டர் தொலைவில் ஒரு கிராமம் இருப்பதாகவும், நகரத்திலிருந்து அந்த கிராமத்திற்கு முடிவில் ஒரு பல்புடன் சுமார் 100 கிலோமீட்டர் நீளமுள்ள கம்பி சிக்னல் லைன் போடப்பட்டிருப்பதாகவும் கற்பனை செய்து பாருங்கள். ஒரு கவச இரண்டு-கோர் கோடு, இது சாலையில் ஆதரவில் போடப்பட்டுள்ளது. இப்போது நாம் நகரத்திலிருந்து கிராமத்திற்கு இந்த பாதையில் ஒரு சமிக்ஞையை அனுப்பினால், அது அங்கு பெற எவ்வளவு நேரம் ஆகும்?

குறைந்தபட்சம் 100/300000 வினாடிகளில், அதாவது குறைந்தபட்சம் 333.3 μs (கம்பியின் தூண்டலைக் கணக்கில் எடுத்துக் கொள்ளாமல்) மறுமுனையில் ஒரு ஒளி விளக்கின் வடிவத்தில் ஒரு சமிக்ஞை தோன்றும் என்று கணக்கீடுகளும் அனுபவங்களும் நமக்குச் சொல்கின்றன. கிராமத்தில் ஒரு ஒளி வரும், அதாவது கம்பியில் ஒரு மின்னோட்டம் நிறுவப்படும் (உதாரணமாக, நாம் ஒரு நேரடி மின்னோட்டத்தைப் பயன்படுத்துகிறோம். சார்ஜ் செய்யப்பட்ட மின்தேக்கி). 

100 என்பது நமது கம்பியில் உள்ள ஒவ்வொரு நரம்புகளின் நீளமும் கிலோமீட்டரில் உள்ளது, மேலும் வினாடிக்கு 300,000 கிலோமீட்டர் என்பது ஒளியின் வேகம்-பரப்பு வேகம். மின்காந்த அலை ஒரு வெற்றிடத்தில். ஆம், "எலக்ட்ரான்களின் இயக்கம்" ஒளியின் வேகத்தில் கம்பியில் பரவும்.

ஆனால் எலக்ட்ரான்கள் ஒளியின் வேகத்தில் ஒன்றன் பின் ஒன்றாக நகரத் தொடங்குகின்றன என்பதன் அர்த்தம் எலக்ட்ரான்கள் தாங்களாகவே இவ்வளவு அபரிமிதமான வேகத்தில் கம்பியில் நகர்கின்றன என்று அர்த்தமல்ல. ஒரு உலோகக் கடத்தியில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள் அல்லது அயனிகள் ஒரு எலக்ட்ரோலைட்டில் அல்லது மற்றொரு கடத்தும் ஊடகத்தில் அவ்வளவு வேகமாக நகர முடியாது, அதாவது, சார்ஜ் கேரியர்கள் ஒளியின் வேகத்தில் ஒருவருக்கொருவர் நகராது.

இந்த வழக்கில் ஒளியின் வேகம் என்பது கம்பியில் உள்ள சார்ஜ் கேரியர்கள் ஒன்றன் பின் ஒன்றாக நகரத் தொடங்கும் வேகம், அதாவது, இது சார்ஜ் கேரியர்களின் மொழிபெயர்ப்பு இயக்கத்தின் பரவலின் வேகம். சார்ஜ் கேரியர்கள் தாங்களாகவே நேரடி மின்னோட்டத்தில் "டிரிஃப்ட் வேலாசிட்டி"யைக் கொண்டிருக்கின்றன, செப்புக் கம்பியில் சொன்னால், வினாடிக்கு சில மில்லிமீட்டர்கள் மட்டுமே!

இந்த விஷயத்தை தெளிவுபடுத்துவோம். எங்களிடம் சார்ஜ் செய்யப்பட்ட மின்தேக்கி இருப்பதாக வைத்துக்கொள்வோம், மின்தேக்கியிலிருந்து 100 கிலோமீட்டர் தொலைவில் உள்ள ஒரு கிராமத்தில் நிறுவப்பட்ட எங்கள் ஒளி விளக்கிலிருந்து நீண்ட கம்பிகளை இணைக்கிறோம். கம்பிகளை இணைப்பது, அதாவது, சுற்று மூடுவது, கைமுறையாக ஒரு சுவிட்ச் மூலம் செய்யப்படுகிறது.

என்ன நடக்கும்? சுவிட்ச் மூடப்பட்டவுடன், மின்தேக்கியுடன் இணைக்கப்பட்ட கம்பிகளின் அந்த பகுதிகளில் சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள்கள் நகரத் தொடங்குகின்றன. எலக்ட்ரான்கள் மின்தேக்கியின் எதிர்மறை தட்டை விட்டு வெளியேறுகின்றன, மின்தேக்கியின் மின்கடத்தாவில் மின்சார புலம் குறைகிறது, எதிர் (நேர்மறை) தட்டின் நேர்மறை கட்டணம் குறைகிறது - இணைக்கப்பட்ட கம்பியிலிருந்து எலக்ட்ரான்கள் அதில் பாய்கின்றன.

இதனால், தட்டுகளுக்கு இடையிலான சாத்தியமான வேறுபாடு குறைகிறது.மின்தேக்கியை ஒட்டியுள்ள கம்பிகளில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள் நகரத் தொடங்கியதிலிருந்து, கம்பியில் உள்ள தொலைதூர இடங்களிலிருந்து பிற எலக்ட்ரான்கள் அவற்றின் இடங்களுக்கு வருகின்றன, வேறுவிதமாகக் கூறினால், மின்சார புலத்தின் செயல்பாட்டின் காரணமாக கம்பியில் எலக்ட்ரான்களை மறுபகிர்வு செய்யும் செயல்முறை தொடங்குகிறது. ஒரு மூடிய சுற்று. இந்த செயல்முறை கம்பியில் மேலும் பரவுகிறது மற்றும் இறுதியாக சமிக்ஞை விளக்கு இழையை அடைகிறது.

எனவே மின்சார புலத்தில் ஏற்படும் மாற்றம் ஒளியின் வேகத்தில் கம்பியில் பரவி, மின்சுற்றில் உள்ள எலக்ட்ரான்களை செயல்படுத்துகிறது. ஆனால் எலக்ட்ரான்கள் மிகவும் மெதுவாக நகரும்.

நாம் மேலும் செல்வதற்கு முன், ஒரு ஹைட்ராலிக் ஒப்புமையைக் கவனியுங்கள். கிராமத்தில் இருந்து நகரத்திற்கு குழாய் மூலம் மினரல் வாட்டர் பாயட்டும். காலையில், கிராமத்தில் ஒரு பம்ப் தொடங்கப்பட்டது, அது கிராம மூலத்திலிருந்து நகரத்திற்கு செல்ல குழாயில் நீர் அழுத்தத்தை அதிகரிக்கத் தொடங்கியது. அழுத்த மாற்றம் குழாய் வழியாக மிக விரைவாக, வேகத்தில் பரவுகிறது. சுமார் 1400 கிமீ / வி (இது நீரின் அடர்த்தி, அதன் வெப்பநிலை, அழுத்தத்தின் அளவு ஆகியவற்றைப் பொறுத்தது).

கிராமத்தில் பம்ப் ஆன் செய்யப்பட்ட ஒரு வினாடியின் ஒரு பகுதி, தண்ணீர் நகரத்திற்குள் செல்லத் தொடங்கியது. ஆனால், தற்போது அந்த கிராமத்தில் பாய்ந்து வரும் தண்ணீரா? இல்லை! எங்கள் எடுத்துக்காட்டில் உள்ள நீர் மூலக்கூறுகள் ஒருவருக்கொருவர் தள்ளுகின்றன, மேலும் அவை மிகவும் மெதுவாக நகரும், ஏனெனில் அவற்றின் விலகலின் வேகம் அழுத்தத்தின் அளவைப் பொறுத்தது. மூலக்கூறுகளை ஒன்றுக்கொன்று நசுக்குவது குழாயின் வழியாக மூலக்கூறுகளின் இயக்கத்தை விட வேகமாக பல அளவு வரிசைகளை பரப்புகிறது.

இது ஒரு மின்னோட்டத்துடன் உள்ளது: ஒரு மின்சார புலத்தின் பரவலின் வேகம் அழுத்தத்தின் பரவலைப் போன்றது, மேலும் மின்னோட்டத்தை உருவாக்கும் எலக்ட்ரான்களின் இயக்கத்தின் வேகம் நேரடியாக நீர் மூலக்கூறுகளின் இயக்கத்திற்கு ஒத்ததாகும்.

இப்போது நேரடியாக எலக்ட்ரான்களுக்கு வருவோம். எலக்ட்ரான்களின் (அல்லது பிற சார்ஜ் கேரியர்கள்) ஒழுங்கான இயக்கத்தின் வீதம் சறுக்கல் வீதம் எனப்படும். அதன் எலக்ட்ரான்கள் செயல்பாட்டின் மூலம் பெறுகின்றன வெளிப்புற மின்சார புலம். 

வெளிப்புற மின்சார புலம் இல்லை என்றால், எலக்ட்ரான்கள் வெப்ப இயக்கத்தால் மட்டுமே கடத்திக்குள் குழப்பமாக நகரும், ஆனால் இயக்கிய மின்னோட்டம் இல்லை, எனவே சராசரியாக சறுக்கல் வேகம் பூஜ்ஜியமாக மாறும்.

ஒரு கடத்திக்கு வெளிப்புற மின்சார புலம் பயன்படுத்தப்பட்டால், கடத்தியின் பொருளைப் பொறுத்து, சார்ஜ் கேரியர்களின் நிறை மற்றும் கட்டணம், வெப்பநிலை, சாத்தியமான வேறுபாட்டின் அடிப்படையில், சார்ஜ் கேரியர்கள் நகரத் தொடங்கும், ஆனால் வேகம் இந்த இயக்கம் ஒளியின் வேகத்தை விட குறிப்பிடத்தக்க அளவு குறைவாக இருக்கும், வினாடிக்கு சுமார் 0.5 மிமீ (1 மிமீ2 குறுக்குவெட்டு கொண்ட செப்பு கம்பிக்கு, இதன் மூலம் 10 ஏ மின்னோட்டம் பாய்கிறது, எலக்ட்ரான் சறுக்கலின் சராசரி வேகம் 0.6– 6 மிமீ / வி).

இந்த வேகம் கடத்தி n இல் இலவச சார்ஜ் கேரியர்களின் செறிவு, கடத்தி S இன் குறுக்குவெட்டு பகுதியில், மின் துகள் மின்னோட்டத்தின் மீது, தற்போதைய I இன் அளவைப் பொறுத்தது. நீங்கள் பார்க்க முடியும், இருப்பினும் மின்சாரம் (மின்காந்த அலையின் முன்புறம்) ஒளியின் வேகத்தில் கம்பி வழியாக பரவுகிறது, எலக்ட்ரான்கள் மிகவும் மெதுவாக நகரும். மின்னோட்டத்தின் வேகம் மிகக் குறைந்த வேகம் என்று மாறிவிடும்.