மின்சார புலத்தில் கடத்திகள்

கம்பிகளில் - உலோகங்கள் மற்றும் எலக்ட்ரோலைட்டுகளில் சார்ஜ் கேரியர்கள் உள்ளன. எலக்ட்ரோலைட்டுகளில் இவை அயனிகள், உலோகங்களில் - எலக்ட்ரான்கள். இந்த மின்சாரம் சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள்கள் வெளிப்புற மின்னியல் புலத்தின் செல்வாக்கின் கீழ் கடத்தியின் முழு அளவையும் சுற்றி செல்ல முடியும். வேலன்ஸ் எலக்ட்ரான்களின் பகிர்வு காரணமாக உலோக நீராவிகளின் ஒடுக்கத்தின் விளைவாக உலோகங்களில் உள்ள கடத்தல் எலக்ட்ரான்கள் உலோகங்களில் சார்ஜ் கேரியர்கள் ஆகும்.

கடத்தியில் மின்சார புலத்தின் வலிமை மற்றும் திறன்

வெளிப்புற மின்சார புலம் இல்லாத நிலையில், ஒரு உலோகக் கடத்தி மின்சாரம் நடுநிலையானது, ஏனெனில் அதன் உள்ளே மின்னியல் புலம் அதன் அளவு எதிர்மறை மற்றும் நேர்மறை கட்டணங்களால் முழுமையாக ஈடுசெய்யப்படுகிறது.

ஒரு உலோகக் கடத்தி வெளிப்புற மின்னியல் புலத்தில் அறிமுகப்படுத்தப்பட்டால், கடத்தியின் உள்ளே உள்ள கடத்தல் எலக்ட்ரான்கள் மறுபகிர்வு செய்யத் தொடங்கும், அவை நகர்த்தவும் நகரவும் தொடங்கும், இதனால் கடத்தியின் தொகுதியில் எல்லா இடங்களிலும் நேர்மறை அயனிகளின் புலம் மற்றும் கடத்தல் புலம் எலக்ட்ரான்கள் இறுதியில் வெளிப்புற மின்னியல் புலத்திற்கு ஈடுசெய்யும்.

எனவே, வெளிப்புற மின்னியல் புலத்தில் அமைந்துள்ள ஒரு கடத்தியின் உள்ளே, எந்த நேரத்திலும் மின் புல வலிமை E பூஜ்ஜியமாக இருக்கும். கடத்தியின் உள்ளே சாத்தியமான வேறுபாடு பூஜ்ஜியமாக இருக்கும், அதாவது உள்ளே இருக்கும் சாத்தியம் நிலையானதாக மாறும். அதாவது, உலோகத்தின் மின்கடத்தா மாறிலி முடிவிலியை நோக்கி செல்வதைக் காண்கிறோம்.

ஆனால் கம்பியின் மேற்பரப்பில், E தீவிரம் அந்த மேற்பரப்பில் சாதாரணமாக செலுத்தப்படும், இல்லையெனில் மின்னழுத்த கூறு கம்பியின் மேற்பரப்பில் தொடுவாக இயக்கப்படும், இது உண்மையான நிலையான விநியோகத்திற்கு முரணாக மின்னழுத்தம் கம்பியில் நகர்த்துவதற்கு காரணமாகும். வெளியே, கம்பிக்கு வெளியே, ஒரு மின்சார புலம் உள்ளது, அதாவது மேற்பரப்பிற்கு செங்குத்தாக ஒரு திசையன் E உள்ளது.

இதன் விளைவாக, ஒரு நிலையான நிலையில், வெளிப்புற மின்சார புலத்தில் வைக்கப்படும் ஒரு உலோகக் கடத்தி அதன் மேற்பரப்பில் எதிர் அடையாளத்தின் கட்டணத்தைக் கொண்டிருக்கும், மேலும் இந்த ஸ்தாபனத்தின் செயல்முறை நானோ விநாடிகள் ஆகும்.

எலக்ட்ரோஸ்டேடிக் கவசம் என்பது வெளிப்புற மின்சார புலம் கடத்தியில் ஊடுருவாது என்ற கொள்கையின் அடிப்படையில் அமைந்துள்ளது. வெளிப்புற மின்சார புலம் E இன் விசை கடத்தி En இன் மேற்பரப்பில் உள்ள சாதாரண (செங்குத்தாக) மின்சார புலத்தால் ஈடுசெய்யப்படுகிறது, மேலும் தொடு சக்தி Et பூஜ்ஜியத்திற்கு சமம். இந்த சூழ்நிலையில் நடத்துனர் முற்றிலும் சமமானவர் என்று மாறிவிடும்.

அத்தகைய கடத்தியின் எந்தப் புள்ளியிலும் φ = const, dφ / dl = - E = 0. கடத்தியின் மேற்பரப்பும் சமன்பாடு ஆகும், ஏனெனில் dφ / dl = - Et = 0. கடத்தியின் மேற்பரப்பின் திறன் சமமாக இருக்கும். அதன் அளவின் சாத்தியத்திற்கு. அத்தகைய சூழ்நிலையில் சார்ஜ் செய்யப்பட்ட கடத்தியின் மீது ஈடுசெய்யப்படாத கட்டணங்கள், அதன் மேற்பரப்பில் மட்டுமே இருக்கும், அங்கு சார்ஜ் கேரியர்கள் கூலம்ப் படைகளால் விரட்டப்படுகின்றன.

Ostrogradsky-Gauss தேற்றத்தின்படி, கடத்தியின் தொகுதியில் மொத்த கட்டணம் q பூஜ்ஜியமாகும், ஏனெனில் E = 0.

கடத்திக்கு அருகிலுள்ள மின்சார புலத்தின் வலிமையை தீர்மானித்தல்

கம்பியின் மேற்பரப்பின் dS பகுதியைத் தேர்ந்தெடுத்து, அதன் மீது செங்குத்தாக உயரம் dl என்ற ஜெனரேட்டர்களைக் கொண்ட உருளையை உருவாக்கினால், நம்மிடம் dS '= dS' = dS இருக்கும். மின்புல வலிமை திசையன் E மேற்பரப்புக்கு செங்குத்தாக உள்ளது மற்றும் மின் இடப்பெயர்ச்சி திசையன் D ஆனது E க்கு விகிதாசாரமாகும், எனவே உருளையின் பக்க மேற்பரப்பு வழியாக ஃப்ளக்ஸ் D பூஜ்ஜியமாக இருக்கும்.

dS வழியாக மின் இடப்பெயர்ச்சி திசையன் Фd இன் ஃப்ளக்ஸ் பூஜ்ஜியமாகும், ஏனெனில் dS கடத்தியின் உள்ளே இருப்பதால் E = 0, எனவே D = 0. எனவே, மூடிய மேற்பரப்பு வழியாக dFd dS', dФd = D க்கு சமம். டிஎன் * டிஎஸ். மறுபுறம், ஆஸ்ட்ரோகிராட்ஸ்கி-காஸ் தேற்றத்தின்படி: dФd = dq = σdS, இங்கு σ என்பது dS இல் மேற்பரப்பு மின்னூட்ட அடர்த்தி. சமன்பாடுகளின் வலது பக்கங்களின் சமத்துவத்தில் இருந்து Dn = σ, பின்னர் En = Dn / εε0 = σ / εε0.

முடிவு: சார்ஜ் செய்யப்பட்ட கடத்தியின் மேற்பரப்புக்கு அருகிலுள்ள மின்சார புலத்தின் வலிமை மேற்பரப்பு மின்னழுத்த அடர்த்திக்கு நேரடியாக விகிதாசாரமாகும்.

கம்பியில் கட்டண விநியோகத்தின் பரிசோதனை சரிபார்ப்பு

வெவ்வேறு மின்சார புல வலிமை கொண்ட இடங்களில், காகித இதழ்கள் வெவ்வேறு வழிகளில் வேறுபடும். வளைவின் சிறிய ஆரம் மேற்பரப்பில் (1) - அதிகபட்சம், பக்க மேற்பரப்பில் (2) - அதே, இங்கே q = const, அதாவது, கட்டணம் ஒரே மாதிரியாக விநியோகிக்கப்படுகிறது.

மின்னழுத்தமானி, ஒரு கம்பியின் மீது திறன் மற்றும் மின்னேற்றத்தை அளவிடுவதற்கான ஒரு சாதனம், நுனியில் கட்டணம் அதிகபட்சம், பக்க மேற்பரப்பில் அது குறைவாக உள்ளது மற்றும் உள் மேற்பரப்பில் (3) கட்டணம் பூஜ்ஜியமாக இருக்கும்.சார்ஜ் செய்யப்பட்ட கம்பியின் மேற்புறத்தில் உள்ள மின்சார புலத்தின் வலிமை மிகப்பெரியது.

முனைகளில் மின்புல வலிமை E அதிகமாக இருப்பதால், இது சார்ஜ் கசிவு மற்றும் காற்றின் அயனியாக்கத்திற்கு வழிவகுக்கிறது, அதனால்தான் இந்த நிகழ்வு பெரும்பாலும் விரும்பத்தகாதது. அயனிகள் கம்பியில் இருந்து மின் கட்டணத்தை எடுத்துச் செல்கின்றன மற்றும் அயனி காற்று விளைவு ஏற்படுகிறது. இந்த விளைவை பிரதிபலிக்கும் காட்சி ஆர்ப்பாட்டங்கள்: ஒரு மெழுகுவர்த்தி சுடர் மற்றும் பிராங்க்ளின் சக்கரத்தை ஊதுதல். எலக்ட்ரோஸ்டேடிக் மோட்டாரை உருவாக்க இது ஒரு நல்ல அடிப்படையாகும்.

ஒரு உலோக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட பந்து மற்றொரு கடத்தியின் மேற்பரப்பைத் தொட்டால், கட்டணம் பந்திலிருந்து கடத்திக்கு ஓரளவு மாற்றப்படும், மேலும் அந்தக் கடத்தியின் ஆற்றல்கள் மற்றும் பந்து சமமாகிவிடும். பந்து வெற்று கம்பியின் உள் மேற்பரப்புடன் தொடர்பு கொண்டால், பந்திலிருந்து வரும் அனைத்து கட்டணங்களும் வெற்று கம்பியின் வெளிப்புற மேற்பரப்பில் மட்டுமே முழுமையாக விநியோகிக்கப்படும்.

பந்தின் திறன் வெற்று கம்பியை விட அதிகமாக இருந்தாலும் அல்லது குறைவாக இருந்தாலும் இது நடக்கும். தொடர்புக்கு முன் பந்தின் திறன் வெற்று கம்பியின் திறனை விட குறைவாக இருந்தாலும், பந்திலிருந்து வரும் கட்டணம் முழுமையாக பாயும், ஏனெனில் பந்து குழிக்குள் நகரும்போது, ​​சோதனையாளர் விரட்டும் சக்திகளை கடக்க வேலை செய்வார், அதாவது. , பந்தின் திறன் வளரும், சார்ஜ் ஆற்றல் அதிகரிக்கும்.

இதன் விளைவாக, அதிக ஆற்றலில் இருந்து குறைந்த மின்னூட்டத்திற்கு கட்டணம் பாயும். இப்போது பந்தின் சார்ஜின் அடுத்த பகுதியை வெற்று கம்பிக்கு மாற்றினால், இன்னும் அதிக வேலை தேவைப்படும். சாத்தியம் என்பது ஆற்றல் பண்பு என்பதை இந்த சோதனை தெளிவாக பிரதிபலிக்கிறது.

ராபர்ட் வான் டி கிராஃப்

ராபர்ட் வான் டி கிராஃப் (1901 - 1967) ஒரு சிறந்த அமெரிக்க இயற்பியலாளர். 1922 இல்ராபர்ட் அலபாமா பல்கலைக்கழகத்தில் பட்டம் பெற்றார், பின்னர், 1929 முதல் 1931 வரை, பிரின்ஸ்டன் பல்கலைக்கழகத்திலும், 1931 முதல் 1960 வரை மாசசூசெட்ஸ் தொழில்நுட்ப நிறுவனத்திலும் பணியாற்றினார். அணு மற்றும் முடுக்கி தொழில்நுட்பம், டேன்டெம் அயன் முடுக்கியின் யோசனை மற்றும் செயல்படுத்தல் மற்றும் உயர் மின்னழுத்த மின்னியல் ஜெனரேட்டரான வான் டி கிராஃப் ஜெனரேட்டரின் கண்டுபிடிப்பு பற்றிய பல ஆய்வுக் கட்டுரைகளை அவர் வைத்திருக்கிறார்.

வான் டி கிராஃப் ஜெனரேட்டரின் செயல்பாட்டின் கொள்கையானது, மேலே விவரிக்கப்பட்ட சோதனையைப் போலவே, ஒரு பந்திலிருந்து ஒரு வெற்றுக் கோளத்திற்கு கட்டணத்தை மாற்றுவதற்கான பரிசோதனையை ஓரளவு நினைவூட்டுகிறது, ஆனால் இங்கே செயல்முறை தானாகவே செய்யப்படுகிறது.

கன்வேயர் பெல்ட் உயர் மின்னழுத்த DC மூலத்தைப் பயன்படுத்தி நேர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்படுகிறது, பின்னர் கட்டணம் ஒரு பெரிய உலோகக் கோளத்தின் உட்புறத்தில் பெல்ட்டின் இயக்கத்துடன் மாற்றப்படுகிறது, அங்கு அது முனையிலிருந்து அதற்கு மாற்றப்பட்டு வெளிப்புற கோள மேற்பரப்பில் விநியோகிக்கப்படுகிறது. இவ்வாறு பூமியைப் பொறுத்தமட்டில் உள்ள ஆற்றல்கள் மில்லியன் கணக்கான வோல்ட்களில் பெறப்படுகின்றன.

தற்போது, ​​வான் டி கிராஃப் முடுக்கி ஜெனரேட்டர்கள் உள்ளன, எடுத்துக்காட்டாக, டாம்ஸ்கில் உள்ள அணு இயற்பியல் ஆராய்ச்சி நிறுவனத்தில் ஒரு மில்லியன் வோல்ட்டுக்கு இந்த வகை ESG உள்ளது, இது ஒரு தனி கோபுரத்தில் நிறுவப்பட்டுள்ளது.

மின் திறன் மற்றும் மின்தேக்கிகள்

மேலே குறிப்பிட்டுள்ளபடி, ஒரு மின்கடத்திக்கு ஒரு கட்டணம் மாற்றப்படும் போது, ​​அதன் மேற்பரப்பில் ஒரு குறிப்பிட்ட சாத்தியமான φ தோன்றும். கம்பிகளுக்கு மாற்றப்படும் கட்டணத்தின் அளவு ஒரே மாதிரியாக இருந்தாலும், வெவ்வேறு கம்பிகளுக்கு இந்த திறன் வேறுபடும். கம்பியின் வடிவம் மற்றும் அளவைப் பொறுத்து, சாத்தியக்கூறு வேறுபட்டிருக்கலாம், ஆனால் ஒரு வழி அல்லது வேறு அது கட்டணத்திற்கு விகிதாசாரமாக இருக்கும் மற்றும் சார்ஜ் விகிதாசாரமாக இருக்கும்.

பக்கங்களின் விகிதம் திறன், திறன் அல்லது வெறுமனே திறன் என்று அழைக்கப்படுகிறது (சூழலினால் தெளிவாகக் குறிக்கப்படும் போது).

மின் கொள்ளளவு என்பது ஒரு இயற்பியல் அளவு ஆகும், இது ஒரு அலகு மூலம் அதன் திறனை மாற்ற ஒரு கடத்திக்கு தெரிவிக்கப்பட வேண்டிய கட்டணத்திற்கு எண்ணியல் ரீதியாக சமமானதாகும். SI அமைப்பில், மின் திறன் ஃபாரட்களில் அளவிடப்படுகிறது (இப்போது «ஃபராட்», முன்பு «ஃபாரட்») மற்றும் 1F = 1C / 1V. எனவே, ஒரு கோள கடத்தியின் (பந்து) மேற்பரப்பு திறன் φsh = q / 4πεε0R, எனவே Csh = 4πεε0R.

பூமியின் ஆரத்திற்கு சமமாக R ஐ எடுத்துக் கொண்டால், பூமியின் மின் கொள்ளளவு, ஒரு கடத்தியாக, 700 மைக்ரோஃபாரட்களுக்கு சமமாக இருக்கும். முக்கியமான! இது ஒரு ஒற்றை கடத்தியாக பூமியின் மின் கொள்ளளவு!

நீங்கள் ஒரு கம்பிக்கு மற்றொரு கம்பியைக் கொண்டு வந்தால், மின்னியல் தூண்டலின் நிகழ்வு காரணமாக, கம்பியின் மின் திறன் அதிகரிக்கும். எனவே, இரண்டு கடத்திகள் ஒருவருக்கொருவர் நெருக்கமாக அமைந்துள்ளன மற்றும் தட்டுகளைக் குறிக்கும் மின்தேக்கி என்று அழைக்கப்படுகிறது.

மின்தேக்கியின் தட்டுகளுக்கு இடையில் மின்னியல் புலம் குவிந்திருக்கும் போது, ​​அதாவது அதன் உள்ளே, வெளிப்புற உடல்கள் அதன் மின் திறனை பாதிக்காது.

மின்தேக்கிகள் தட்டையான, உருளை மற்றும் கோள மின்தேக்கிகளில் கிடைக்கின்றன. மின் புலம் உள்ளே குவிந்திருப்பதால், மின்தேக்கியின் தட்டுகளுக்கு இடையில், மின் இடப்பெயர்ச்சி கோடுகள், மின்தேக்கியின் நேர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட தட்டில் இருந்து தொடங்கி, அதன் எதிர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட தட்டில் முடிவடையும். எனவே, தகடுகளில் உள்ள கட்டணங்கள் குறியில் எதிரெதிர் ஆனால் அளவில் சமமாக இருக்கும். மற்றும் மின்தேக்கியின் கொள்ளளவு C = q / (φ1-φ2) = q / U.

ஒரு தட்டையான மின்தேக்கியின் கொள்ளளவுக்கான சூத்திரம் (உதாரணமாக)

தட்டுகளுக்கு இடையே உள்ள மின்புலத்தின் மின்னழுத்தம் E = σ / εε0 = q / εε0S மற்றும் U = Ed க்கு சமமாக இருப்பதால், C = q / U = q / (qd / εε0S) = εε0S / d.

S என்பது தட்டுகளின் பரப்பளவு; q என்பது மின்தேக்கியின் சார்ஜ் ஆகும்; σ சார்ஜ் அடர்த்தி; ε என்பது தட்டுகளுக்கு இடையே உள்ள மின்கடத்தா மாறிலி; ε0 என்பது வெற்றிடத்தின் மின்கடத்தா மாறிலி.

சார்ஜ் செய்யப்பட்ட மின்தேக்கியின் ஆற்றல்

சார்ஜ் செய்யப்பட்ட மின்தேக்கியின் தகடுகளை ஒரு கம்பி கடத்தியுடன் மூடுவதன் மூலம், கம்பியை உடனடியாக உருகக்கூடிய வலிமை கொண்ட மின்னோட்டத்தை ஒருவர் அவதானிக்கலாம். வெளிப்படையாக, மின்தேக்கி ஆற்றலைச் சேமிக்கிறது. இந்த ஆற்றல் அளவு என்ன?

மின்தேக்கி சார்ஜ் செய்யப்பட்டு பின்னர் வெளியேற்றப்பட்டால், U' என்பது அதன் தட்டுகளில் உள்ள மின்னழுத்தத்தின் உடனடி மதிப்பு. சார்ஜ் dq தட்டுகளுக்கு இடையில் செல்லும் போது, ​​வேலை செய்யப்படும் dA = U'dq. இந்த வேலை சாத்தியமான ஆற்றல் இழப்புக்கு எண்ணியல் ரீதியாக சமம், அதாவது dA = — dWc. மேலும் q = CU, பின்னர் dA = CU'dU ', மற்றும் மொத்த வேலை A = ∫ dA. முன்னர் மாற்றியமைத்த பிறகு இந்த வெளிப்பாட்டை ஒருங்கிணைப்பதன் மூலம், Wc = CU2/2 ஐப் பெறுகிறோம்.