بار فضایی: تعریف، نمونه ها و اثرات

فضای بار به منطقه‌ای از فضا گفته می‌شود که در آن بارهای الکتریکی تجمع می‌یابند، چه در فضای آزاد و چه در ماده دی‌الکتریک. بارهای الکتریکی می‌توانند مثبت یا منفی باشند و می‌توانند متحرک یا ثابت باشند. فضای بار می‌تواند بر میدان الکتریکی، پتانسیل الکتریکی و جریان الکتریکی در آن منطقه تأثیر گذارد.

نمونه‌هایی از فضای بار

فضای بار می‌تواند در شرایط مختلفی رخ دهد، مانند:

• اتصالات نیمه‌رسانا: وقتی یک نیمه‌رسانا نوع p (که حاوی اتوم‌های زائد است) با یک نیمه‌رسانا نوع n (که حاوی الکترون‌های زائد است) در تماس قرار می‌گیرد، الکترون‌ها و اتوم‌ها نزدیک اتصال با هم ترکیب می‌شوند و یون‌های ثابت پشت سر می‌گذارند. این یک منطقه فضای بار ایجاد می‌کند که از حمل‌کنندگان بار متحرک خالی شده و یک میدان الکتریکی دارد که از پخش بیشتر بارها جلوگیری می‌کند. این منطقه همچنین به عنوان لایه یا منطقه کاهشی شناخته می‌شود.

• لامپ‌های الکترونی: وقتی یک لامپ الکترونی (مانند یک لامپ خلاء یا تبدیل‌کننده ترمیونیک) با انرژی تغذیه می‌شود، الکترون‌ها از کاتد (الکترود منفی) منتشر می‌شوند و به آند (الکترود مثبت) حرکت می‌کنند. اما الکترون‌ها زمان محدودی برای عبور از طریق لامپ نیاز دارند و می‌توانند ابری از بارهای منفی نزدیک کاتد تشکیل دهند. این یک منطقه فضای بار ایجاد می‌کند که الکترون‌های منتشر شده را دفع می‌کند و جریان را کاهش می‌دهد. این منطقه همچنین به عنوان سقوط کاتد یا کاتد مجازی شناخته می‌شود.

  

فضای بار می‌تواند تأثیرات مثبت و منفی مختلفی بر دستگاه‌ها و کاربردها 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 فلز گرم است. فضای بار با ایجاد موانع اضافی برای الکترون‌های منتشر شده، کارایی و خروجی توان تبدیل‌کننده‌های ترمیونیک را کاهش می‌دهد. برای غلبه بر این موانع، دمای بالاتر یا ولتاژ پایین‌تر مورد نیاز است که از دست دادن گرما را افزایش می‌دهد یا خروجی ولتاژ را کاهش می‌دهد.

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

• صداهای تصادفی: صداهای تصادفی نوعی از صداهایی هستند که از نوسانات تصادفی جریان الکتریکی به دلیل بارهای گسسته ناشی می‌شوند. فضای بار می‌تواند صداهای تصادفی را با تأثیرگذاری بر حرکت بارها در مسیرشان کاهش دهد. این کار تعداد بارهایی که به طور تصادفی در یک نقطه مشخص می‌رسند را کاهش می‌دهد و بنابراین تغییرات آماری آنها را که صداهای تصادفی هستند، کاهش می‌دهد.

نتیجه‌گیری

      فضای بار پدیده‌ای است که زمانی رخ می‌دهد که بارهای الکتریکی در یک منطقه از فضا یا در یک ماده دی‌الکتریک تجمع می‌یابند. 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 درجه‌بندی‌کننده‌ها یا کاهش صداهای تصادفی.

منبع: Electrical4u

بیانیه: احترام به محتوای اصلی، مقالات خوبی که ارزش به اشتراک گذاشتن را دارند، در صورت نقض حق تکثیر لطفاً از حذف آن اطلاع دهید.