باریکه فضا: تعریف، مثال ها و اثرات

پاره‌ای از فضا که در آن بار الکتریکی تجمع می‌یابد، به آن «بار فضایی» گفته می‌شود. این بار می‌تواند در فضای آزاد یا در یک ماده دیالکتریک باشد. بارها می‌توانند مثبت یا منفی و متحرک یا ثابت باشند. بار فضایی می‌تواند میدان الکتریکی، پتانسیل الکتریکی و جریان الکتریکی را در آن ناحیه تحت تأثیر قرار دهد.

مثال‌هایی از بار فضایی

بار فضایی می‌تواند در شرایط مختلفی ایجاد شود، مانند:

• اتصالات نیمه‌رسانا: وقتی یک نیمه‌رسانا نوع P (که دارای اضافه‌باز است) با یک نیمه‌رسانا نوع N (که دارای اضافه‌الکترون است) تماس می‌گیرد، الکترون‌ها و بازها نزدیک اتصال با هم ترکیب می‌شوند و یون‌های ثابت پشت سر می‌گذارند. این یک منطقه بار فضایی ایجاد می‌کند که از حمل‌کننده‌های بار متحرک خالی است و یک میدان الکتریکی دارد که جلوی پخش بیشتر بارها را می‌گیرد. این منطقه به عنوان لایه یا منطقه خالی شناخته می‌شود.

• 

بار فضایی می‌تواند تأثیرات مثبت و منفی بر روی دستگاه‌ها و کاربردهای مختلفی داشته باشد، مانند:

• تبدیل‌کننده‌های ترمیونیک: تبدیل‌کننده‌های ترمیونیک دستگاه‌هایی هستند که گرما را به الکتریسیته تبدیل می‌کنند با استفاده از انتشار ترمیونیک، که انتشار الکترون‌ها از سطح فلزی گرم است. بار فضایی با ایجاد مانع اضافی برای الکترون‌های منتشر شده، کارایی و خروجی قدرت تبدیل‌کننده‌های ترمیونیک را کاهش می‌دهد. برای غلبه بر این مانع، دماهای بالاتر یا ولتاژهای کمتر مورد نیاز است که گرمای از دست رفته را افزایش می‌دهد یا خروجی ولتاژ را کاهش می‌دهد.

• تقویت‌کننده‌ها: تقویت‌کننده‌ها دستگاه‌هایی هستند که دامنه سیگنال ورودی را با استفاده از لامپ الکترونی یا ترانزیستور افزایش می‌دهند. بار فضایی می‌تواند عملکرد تقویت‌کننده‌ها را با ایجاد ولتاژ منفی برخی لامپ‌ها بهبود بخشد، که معادل ارائه بایاس منفی به آنها است. این بایاس به کنترل فرآیند تقویت و کاهش تحریف کمک می‌کند.

• نوسان تصادفی: نوسان تصادفی نوعی نویز است که از نوسانات تصادفی جریان الکتریکی به دلیل بارهای گسسته ناشی می‌شود. بار فضایی می‌تواند نوسان تصادفی را با تأثیرگذاری بر حرکت بارها در طول مسیر کاهش دهد. این کاهش تعداد بارهایی که به طور تصادفی در یک نقطه خاص می‌رسند و در نتیجه کاهش تغییرات آماری آنها، که نوسان تصادفی است، را ایجاد می‌کند.

نتیجه‌گیری

      بار فضایی پدیده‌ای است که وقتی بارهای الکتریکی در یک ناحیه از فضا تجمع می‌یابند، در فضای آزاد یا در یک ماده دیالکتریک ایجاد می‌شود. این پدیده می‌تواند دلایل مختلفی داشته باشد، مانند انتشار ترمیونیک، اتصالات نیمه‌رسانا، شکست دیالکتریک یا درختان آب. همچنین می‌تواند تأثیرات مختلفی داشته باشد، مانند کاهش کارایی تبدیل ترمیونیک، بهبود عملکرد تقویت‌کننده یا کاهش نوسان تصادفی.

منبع: Electrical4u

بیانیه: احترام به اصل، مقالات خوبی که ارزش به اشتراک گذاشتن را دارند، اگر نقض حق تکثیر وجود دارد لطفاً تماس بگیرید تا حذف شود.