როგორ მოიცემა ელექტროდინამიკური ძალა ელექტრონების მოძრაობით სიმბვილეებში კებლებში და მეტალებში

ქარიშხლის მოძრაობა კაბელებში, მეტალებში და სხვა მასწავლებლებში არის ფუნდამენტური ფიზიკური პენომენონი, რომელიც შეიცავს ელექტრონების მოძრაობას და გამივლელი მასალების თვისებებს. აქ არის ეს პროცესი დეტალურად აღწერილი:

1. თავისუფალი ელექტრონების კონცეფცია

მეტალებში და გამივლელ მასალებში არის დიდი რაოდენობის თავისუფალი ელექტრონები. ეს თავისუფალი ელექტრონები არ არიან დაკავშირებული ატომური ბუნების ნივთებთან და შეუძლიათ თავისუფლად მოძრაობა მასალაში. თავისუფალი ელექტრონების არსებობა არის მთავარი მიზეზი, რადგან მეტალები არიან კარგი ელექტროენერგიის გამივლელი.

2. გარე ელექტრული ველის ეფექტი

როდესაც ვოლტაჟი (ანუ გარე ელექტრული ველი) გამოიყენება გამივლელ მასალაში, თავისუფალი ელექტრონები იქნებიან გარე ელექტრული ველის გავლენით და იწყებენ დირექტულად მოძრაობას. ელექტრული ველის მიმართულება განსაზღვრავს ელექტრონების მოძრაობის მიმართულებას. ჩვეულებრივ, ელექტრული ველი მიუთითებს დადებითი ტერმინალიდან უარყოფითი ტერმინალისკენ, ხოლო ელექტრონები მოძრაობენ უარყოფითი ტერმინალიდან დადებითი ტერმინალისკენ.

3. ელექტრონების დირექტული მოძრაობა

ელექტრული ველის გავლენით, თავისუფალი ელექტრონები იწყებენ დირექტულად მოძრაობას, ქმნის ელექტრულ დენს. ელექტრული დენის მიმართულება განსაზღვრულია დადებითი ტარის მოძრაობის მიმართულებით, რომელიც არის ელექტრონების ნამდვილი მოძრაობის საპირისპირო. ამიტომ, როდესაც ვამბობთ, რომ დენი მიდის დადებითიდან უარყოფითისკენ, ეს ნიშნავს, რომ ელექტრონები მიდის უარყოფითიდან დადებითისკენ.

4. ქსელთან ინტერაქცია

მოძრაობის დროს თავისუფალი ელექტრონები კოლიდირებენ მასალის ქსელთან (ატომური დალაგება). ეს კოლიზიები ელექტრონების მოძრაობის მიმართულებას ცვლის და შემცირებენ მათ საშუალო სიჩქარეს. ეს განათავსების ეფექტი არის რეზისტენციის ერთ-ერთი წყარო.

5. ელექტრული დენის სიმკვრივე

ელექტრული დენის სიმკვრივე (J) არის დენი ერთეული ფართობზე და შეიძლება გამოისახოს ფორმულით:

J = I/A

სადაც I არის დენი და A არის გამივლელი კონდუქტორის სიმრტველი ფართობი.

6. ომის კანონი

ომის კანონი აღწერს დენს, ვოლტაჟს და რეზისტენციას შორის ურთიერთდამოკიდებულებას:

V = IR

სადაც V არის ვოლტაჟი, I არის დენი და R არის რეზისტენცია.

7. გამივლელი მასალების თვისებები

სხვადასხვა გამივლელი მასალები არიან განსხვავებული გამივლელი თვისებებით, რომლებიც დამოკიდებულია მათ ელექტრონულ და ქსელურ სტრუქტურებზე. მაგალითად, სპილენძი და თუთუნი არიან სასურველი გამივლელები, რადგან მათ აქვთ დიდი რაოდენობის თავისუფალი ელექტრონები და დაბალი რეზისტივობა.

8. ტემპერატურის ეფექტი

ტემპერატურა არის საკმარისი გავლენის მქონე გამივლელი თვისებებზე. ჩვეულებრივ, როდესაც ტემპერატურა ზრდას იღებს, მასალაში ქსელური ვიბრაციები იზრდება, რითაც იზრდება ელექტრონების ქსელთან კოლიზიების სიხშირე და რეზისტენცია. ამიტომ გამივლელების რეზისტენცია იზრდება უფრო მაღალ ტემპერატურებზე.

9. სუპერკონდუქტივიტეტი

რამდენიმე სპეციფიკური პირობების ქვეშ ზოგიერთი მასალა შეიძლება შეხვდეს სუპერკონდუქტივიტეტის მდგომარეობას, რომელშიც რეზისტენცია დაკარგებულია და დენი არ იკარგება. სუპერკონდუქტივიტეტი ჩვეულებრივ ხდება ძალიან დაბალ ტემპერატურებზე, მაგრამ უახლესი კვლევები გამოიყენებენ ზოგიერთ საშუალო ტემპერატურაზე სუპერკონდუქტივიტეტის მასალებს.

შეჯამება

ქარიშხლის მოძრაობა კაბელებში, მეტალებში და სხვა მასალებში დაკავშირებულია თავისუფალი ელექტრონების დირექტული მოძრაობით გარე ელექტრული ველის გავლენით. ელექტრონების ინტერაქცია მასალის ქსელთან იწვევს რეზისტენციას. გამივლელი მასალების თვისებები, ტემპერატურა და სხვა ფაქტორები ყველა გავლენიან ელექტრული დენის ტრანსმისიის ეფექტურობაზე. ამ ბაზისური პრინციპების გაგება დაგეხმარებათ უკეთესი დიზაინის და გამივლელი მასალების და წრების გამოყენების გაკეთებაში.