Бичил болон макроскопийн асар олон янзын физик үзэгдлүүд нь цахилгаан соронзон шинж чанартай байдаг. Үүнд үрэлтийн болон уян хатан байдлын хүч, бүх химийн процесс, цахилгаан, соронзон, оптик зэрэг орно.
Цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн ийм нэг илрэл нь цэнэгтэй бөөмсийн дараалсан хөдөлгөөн юм. Энэ нь бидний амьдралыг зохион байгуулахаас эхлээд сансрын нислэг хүртэл янз бүрийн салбарт хэрэглэгдэж байгаа бараг бүх орчин үеийн технологийн зайлшгүй шаардлагатай элемент юм.
Үзэгдэлийн ерөнхий ойлголт
Цэнэглэсэн бөөмсийн дараалсан хөдөлгөөнийг цахилгаан гүйдэл гэнэ. Цэнэгүүдийн ийм хөдөлгөөнийг өөр өөр орчинд тодорхой бөөмс, заримдаа хагас бөөмсийн тусламжтайгаар хийж болно.
Одоогийн урьдчилсан нөхцөл ньнарийн эмх цэгцтэй, чиглэсэн хөдөлгөөн. Цэнэглэгдсэн бөөмс нь дулааны эмх замбараагүй хөдөлгөөнтэй (төвийг сахисан хэсгүүд) объект юм. Гэсэн хэдий ч энэхүү тасралтгүй эмх замбараагүй үйл явцын цаана ямар нэг чиглэлд цэнэгийн ерөнхий хөдөлгөөн байгаа үед л гүйдэл үүсдэг.
Бие бүхэлдээ цахилгаан саармаг хөдөлгөөнтэй байх үед түүний атом, молекул дахь бөөмсүүд мэдээж нэг чиглэлд хөдөлдөг боловч төвийг сахисан биетийн эсрэг цэнэгүүд бие биенээ нөхдөг тул цэнэг дамжуулалт байхгүй, Мөн бид одоогийн энэ тохиолдолд ямар ч утгагүй тухай ярьж болно.
Гүйдэл хэрхэн үүсдэг
Тогтмол гүйдлийн өдөөлтийн хамгийн энгийн хувилбарыг авч үзье. Хэрэв ерөнхий тохиолдолд цэнэг зөөгч байгаа орчинд цахилгаан орон үйлчилбэл түүний дотор цэнэглэгдсэн бөөмсийн дараалсан хөдөлгөөн эхэлнэ. Энэ үзэгдлийг цэнэгийн шилжилт гэж нэрлэдэг.
Үүнийг дараах байдлаар товч тайлбарлаж болно. Талбайн янз бүрийн цэгүүдэд боломжит зөрүү (хүчдэл) үүсдэг, өөрөөр хэлбэл эдгээр цэгүүдэд байрлах цахилгаан цэнэгийн талбайн харилцан үйлчлэлийн энерги нь эдгээр цэнэгийн хэмжээтэй холбоотой өөр өөр байх болно. Мэдэгдэж байгаагаар аливаа физик систем нь тэнцвэрийн төлөвт тохирсон хамгийн бага боломжит энергитэй байх хандлагатай байдаг тул цэнэгтэй бөөмс нь потенциалыг тэнцүүлэх чиглэлд шилжиж эхэлнэ. Өөрөөр хэлбэл, талбай эдгээр бөөмсийг хөдөлгөхийн тулд тодорхой ажил хийдэг.
Потенциалуудыг тэнцүүлэх үед хурцадмал байдал арилдагцахилгаан орон - энэ нь алга болно. Үүний зэрэгцээ цэнэглэгдсэн бөөмсийн дараалсан хөдөлгөөн, гүйдэл бас зогсдог. Хөдөлгөөнгүй, өөрөөр хэлбэл цаг хугацаанаас хамааралгүй талбарыг олж авахын тулд тодорхой процессуудад (жишээлбэл, химийн) энерги ялгарснаас болж цэнэгийг тасралтгүй салгаж, цахилгаан эрчим хүч рүү тэжээдэг гүйдлийн эх үүсвэрийг ашиглах шаардлагатай. шон, цахилгаан орон оршин тогтнох.
Гүйдлийг янз бүрийн аргаар авч болно. Тиймээс соронзон орны өөрчлөлт нь түүнд оруулсан дамжуулагч хэлхээний цэнэгүүдэд нөлөөлж, тэдгээрийн чиглэсэн хөдөлгөөнийг үүсгэдэг. Ийм гүйдлийг индуктив гэж нэрлэдэг.
Одоогийн тоон шинж чанар
Гүйдлийг тоон байдлаар тодорхойлдог гол параметр нь гүйдлийн хүч юм (заримдаа "утга" эсвэл зүгээр л "гүйдэл" гэж хэлдэг). Энэ нь тодорхой гадаргуугаар, ихэвчлэн дамжуулагчийн хөндлөн огтлолоор дамжин өнгөрөх цахилгааны хэмжээ (цэнэгийн хэмжээ эсвэл энгийн цэнэгийн тоо) гэж тодорхойлогддог: I=Q / t. Гүйдлийг ампераар хэмждэг: 1 А \u003d 1 С / с (секундэд кулон). Цахилгаан хэлхээний хэсэгт гүйдлийн хүч нь боломжит зөрүүтэй шууд хамааралтай ба урвуу хамааралтай - дамжуулагчийн эсэргүүцэлтэй: I \u003d U / R. Бүрэн хэлхээний хувьд энэ хамаарлыг (Омын хууль) I=Ԑ/R+r гэж илэрхийлдэг ба энд Ԑ нь эх үүсвэрийн цахилгаан хөдөлгөгч хүч, r нь дотоод эсэргүүцэл юм.
Цэнэглэгдсэн хэсгүүдийн эмх цэгцтэй хөдөлгөөн өрнөж буй дамжуулагчийн хөндлөн огтлолд харьцуулсан гүйдлийн хүчийг одоогийн нягт гэж нэрлэдэг: j=I/S=Q/St. Энэ утга нь нэгж талбайд нэг нэгж хугацаанд урсах цахилгааны хэмжээг тодорхойлдог. Талбайн хүч Е болон орчны цахилгаан дамжуулах чанар σ өндөр байх тусам гүйдлийн нягтрал их байна: j=σ∙E. Одоогийн хүчнээс ялгаатай нь энэ хэмжигдэхүүн нь вектор бөгөөд эерэг цэнэг агуулсан бөөмсийн хөдөлгөөний дагуух чиглэлтэй байна.
Одоогийн чиглэл ба шилжилтийн чиглэл
Цахилгаан талбарт Кулоны хүчний нөлөөн дор цэнэг тээж байгаа биетүүд цэнэгийн тэмдгээр эсрэгээрээ гүйдлийн эх үүсвэрийн туйл руу дараалсан хөдөлгөөн хийнэ. Эерэг цэнэгтэй бөөмсүүд сөрөг туйл ("хасах") руу шилжиж, эсрэгээр чөлөөт сөрөг цэнэгүүд эх үүсвэрийн "нэмэх" хэсэгт татагдана. Хэрэв дамжуулагч орчинд хоёр тэмдгийн цэнэг зөөгч байгаа бол бөөмс нэг дор хоёр эсрэг чиглэлд хөдөлж болно.
Түүхэн шалтгааны улмаас гүйдэл нь эерэг цэнэгийн шилжилтийн дагуу буюу "нэмэх" -ээс "хасах" хүртэл чиглүүлдэг гэж ерөнхийд нь хүлээн зөвшөөрдөг. Төөрөгдөл гаргахгүйн тулд металл дамжуулагчийн гүйдлийн хамгийн танил тохиолдолд бөөмсийн бодит хөдөлгөөн болох электронууд мэдээжийн хэрэг эсрэг чиглэлд явагддаг гэдгийг санах нь зүйтэй.
Одоогийн тархалт ба шилжилтийн хурд
Одоогийн урсгал хэр хурдан хөдөлж байгааг ойлгоход ихэвчлэн асуудал гардаг. Хоёр өөр ойлголтыг андуурч болохгүй: гүйдлийн тархалтын хурд (цахилгаандохио) ба бөөмсийн шилжилтийн хурд - цэнэг зөөгч. Эхнийх нь цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийг дамжуулах хурд, эсвэл ижилхэн талбар тархах хурд юм. Энэ нь вакуум дахь гэрлийн хурдтай ойролцоо (тархалтын орчинг харгалзан) бөгөөд бараг 300,000 км/с байна.
Бөөмсүүд эмх цэгцтэй хөдөлгөөнөө маш удаан хийдэг (10-4–10-3 м/с). Шилжилтийн хурд нь тэдгээрт хэрэглэж буй цахилгаан орны эрчмээс хамаардаг боловч бүх тохиолдолд энэ нь бөөмсийн дулааны санамсаргүй хөдөлгөөний хурдаас хэд хэдэн удаа бага байдаг (105 –106м/с). Талбайн үйл ажиллагааны дор бүх чөлөөт цэнэгийн нэгэн зэрэг шилжилт хөдөлгөөн эхэлдэг тул гүйдэл нь бүх дамжуулагч дээр шууд гарч ирдэг гэдгийг ойлгох нь чухал.
Гүйдлийн төрөл
Юуны өмнө гүйдэл нь цэнэгийн тээвэрлэгчдийн үйл ажиллагаагаараа ялгагдана.
- Тогтмол гүйдэл гэдэг нь бөөмийн хөдөлгөөний хэмжээ (хүч) болон чиглэлийг өөрчилдөггүй гүйдлийг хэлнэ. Энэ бол цэнэгтэй бөөмсийг хөдөлгөх хамгийн хялбар арга бөгөөд энэ нь үргэлж цахилгаан гүйдлийг судлах эхлэл болдог.
- Хувьсах гүйдлийн хувьд эдгээр үзүүлэлтүүд цаг хугацааны явцад өөрчлөгддөг. Түүний үүсэх нь соронзон орны өөрчлөлт (эргэлт) -ийн улмаас хаалттай хэлхээнд үүсдэг цахилгаан соронзон индукцийн үзэгдэл дээр суурилдаг. Энэ тохиолдолд цахилгаан орон нь эрчимжилтийн векторыг үе үе эргүүлдэг. Үүний дагуу потенциалын шинж тэмдгүүд өөрчлөгдөж, тэдгээрийн утга нь "нэмэх" -ээс "хасах" хүртэл бүх завсрын утгууд, түүний дотор тэг рүү шилждэг. Үр дүнд ньЭнэ үзэгдэл бол цэнэгтэй бөөмсийн дараалсан хөдөлгөөн чиглэлээ байнга өөрчилдөг. Ийм гүйдлийн хэмжээ нь хамгийн ихээс хамгийн бага хүртэл хэлбэлздэг (ихэвчлэн синусоид, өөрөөр хэлбэл гармоник). Хувьсах гүйдэл нь эдгээр хэлбэлзлийн хурдны нэг чухал шинж чанартай байдаг - давтамж нь секундэд өөрчлөгдөх бүрэн мөчлөгийн тоо юм.
Энэхүү хамгийн чухал ангиллаас гадна гүйдэл тархаж буй орчинтой холбоотой цэнэгийн тээвэрлэгчдийн хөдөлгөөний шинж чанар зэрэг шалгуурын дагуу гүйдлийн ялгааг гаргаж болно.
Дамжуулах гүйдэл
Гүйдлийн хамгийн алдартай жишээ бол бие (дунд) доторх цахилгаан орны нөлөөн дор цэнэглэгдсэн хэсгүүдийн дараалсан, чиглэсэн хөдөлгөөн юм. Үүнийг дамжуулах гүйдэл гэж нэрлэдэг.
Хатуу биет (металл, бал чулуу, олон нийлмэл материал) болон зарим шингэнд (мөнгөн ус болон бусад металлын хайлмал) электронууд нь хөдөлгөөнт цэнэгтэй бөөмс юм. Дамжуулагч дахь эмх цэгцтэй хөдөлгөөн нь бодисын атом эсвэл молекулуудтай харьцуулахад тэдгээрийн шилжилт хөдөлгөөн юм. Ийм төрлийн дамжуулалтыг электрон гэж нэрлэдэг. Хагас дамжуулагчийн хувьд цэнэгийн шилжилт нь электронуудын хөдөлгөөний улмаас мөн тохиолддог боловч хэд хэдэн шалтгааны улмаас гүйдэл - эерэг хагас бөөмс буюу хөдөлж буй электрон хоосон орон зай болох нүхний тухай ойлголтыг ашиглахад тохиромжтой.
Электролитийн уусмалд сөрөг ба эерэг ионууд уусмалын нэг хэсэг болох анод ба катод зэрэг өөр туйл руу шилжсэний улмаас гүйдэл дамждаг.
Дамжуулах гүйдэл
Хий - хэвийн нөхцөлд диэлектрик нь хангалттай хүчтэй иончлолд өртвөл дамжуулагч болж чаддаг. Хийн цахилгаан дамжуулах чанар нь холилдсон байдаг. Ионжуулсан хий нь аль хэдийн электрон ба ионууд, өөрөөр хэлбэл бүх цэнэглэгдсэн хэсгүүд хөдөлдөг плазм юм. Тэдний дараалсан хөдөлгөөн нь плазмын суваг үүсгэдэг бөгөөд үүнийг хийн ялгадас гэж нэрлэдэг.
Төлбөрийн чиглэлтэй хөдөлгөөн зөвхөн хүрээлэн буй орчинд ч тохиолдохгүй. Эерэг эсвэл сөрөг электродоос ялгардаг электрон эсвэл ионуудын цацраг вакуумд хөдөлж байна гэж бодъё. Энэ үзэгдлийг электрон ялгарал гэж нэрлэдэг бөгөөд жишээлбэл, вакуум төхөөрөмжид өргөн хэрэглэгддэг. Мэдээж энэ хөдөлгөөн нь урсгал.
Өөр нэг тохиолдол бол цахилгаанаар цэнэглэгдсэн макроскоп биеийн хөдөлгөөн юм. Ийм нөхцөл байдал нь чиглэгдсэн төлбөр шилжүүлэх нөхцөлийг хангадаг тул энэ нь мөн гүйдэл юм.
Дээрх бүх жишээг цэнэглэгдсэн бөөмсийн дараалсан хөдөлгөөн гэж үзэх нь зүйтэй. Энэ гүйдлийг конвекц буюу дамжуулах гүйдэл гэж нэрлэдэг. Түүний шинж чанар, жишээлбэл, соронзон нь дамжуулах гүйдэлтэй бүрэн төстэй.
Хэвийн гүйдэл
Цэнэг дамжуулахтай ямар ч холбоогүй, "бодит" дамжуулах буюу дамжуулах гүйдлийн шинж чанартай, цаг хугацааны хувьд өөрчлөгддөг цахилгаан орон байгаа тохиолдолд тохиолддог үзэгдэл байдаг: энэ нь хувьсах соронзон орныг өдөөдөг. Энэ болжишээлбэл, конденсаторын хавтангийн хоорондох ээлжит гүйдлийн хэлхээнд тохиолддог. Уг үзэгдлийг эрчим хүчний дамжуулалт дагалддаг бөгөөд түүнийг шилжих гүйдэл гэж нэрлэдэг.
Үнэндээ энэ утга нь векторынх нь чиглэлд перпендикуляр тодорхой гадаргуу дээр цахилгаан орны индукц хэр хурдан өөрчлөгдөж байгааг харуулдаг. Цахилгаан индукцийн тухай ойлголт нь талбайн хүч ба туйлшралын векторуудыг агуулдаг. Вакуум орчинд зөвхөн хурцадмал байдлыг харгалзан үздэг. Бодис дахь цахилгаан соронзон үйл явцын тухайд гэвэл орон зайд өртөх үед холбогдсон (чөлөөт биш!) цэнэгийн хөдөлгөөн явагддаг молекулууд эсвэл атомуудын туйлшрал нь диэлектрик эсвэл дамжуулагчийн шилжилт гүйдэлд тодорхой хувь нэмэр оруулдаг.
Энэ нэр нь 19-р зуунд үүссэн бөгөөд бодит цахилгаан гүйдэл нь цэнэглэгдсэн хэсгүүдийн дараалсан хөдөлгөөн учраас нөхцөлт юм. Нүүлгэн шилжүүлэх гүйдэл нь цэнэгийн шилжилттэй ямар ч холбоогүй юм. Тиймээс хатуухан хэлэхэд энэ нь гүйдэл биш юм.
Одоогийн илрэл (үйлдэл)
Цэнэглэсэн бөөмсийн дараалсан хөдөлгөөнийг үргэлж тодорхой физик үзэгдлүүд дагалддаг бөгөөд энэ үйл явц явагдаж байгаа эсэхийг шүүж болно. Ийм үзэгдлийг (одоогийн үйлдлүүд) гурван үндсэн бүлэгт хувааж болно:
- Соронзон үйлдэл. Хөдөлгөөнт цахилгаан цэнэг нь заавал соронзон орон үүсгэдэг. Хэрэв та гүйдэл урсаж буй дамжуулагчийн хажууд луужин байрлуулбал сум нь энэ гүйдлийн чиглэлд перпендикуляр эргэлдэнэ. Энэ үзэгдэл дээр үндэслэн цахилгаан соронзон төхөөрөмжүүд ажилладаг бөгөөд жишээлбэл, цахилгаан энергийг хувиргах боломжийг олгодог.механик.
- Дулааны нөлөө. Гүйдэл нь дамжуулагчийн эсэргүүцлийг даван туулахын тулд ажилладаг бөгөөд ингэснээр дулааны энерги ялгардаг. Учир нь шилжилт хөдөлгөөний үед цэнэгтэй бөөмс нь болор торны элементүүд эсвэл дамжуулагч молекулууд дээр тархаж, тэдэнд кинетик энерги өгдөг. Хэрэв металлын тор нь төгс тогтмол байсан бол электронууд үүнийг бараг анзаарахгүй байх байсан (энэ нь бөөмсийн долгионы шинж чанарын үр дагавар юм). Гэсэн хэдий ч, нэгдүгээрт, торны хэсгүүдийн атомууд нь түүний тогтмол байдлыг зөрчсөн дулааны чичиргээнд өртдөг, хоёрдугаарт, торны согогууд - хольцын атомууд, мултрал, сул орон зай нь электронуудын хөдөлгөөнд нөлөөлдөг.
- Электролитэд химийн нөлөө ажиглагдаж байна. Цахилгаан орон хэрэглэх үед электролитийн уусмал задрах эсрэг цэнэгтэй ионууд эсрэг талын электродуудад хуваагддаг бөгөөд энэ нь электролитийн химийн задралд хүргэдэг.
Цэнэглэгдсэн бөөмсийн эмх цэгцтэй хөдөлгөөн нь шинжлэх ухааны судалгааны сэдэв байхаас бусад тохиолдолд макроскопийн илрэл нь хүнийг сонирхдог. Бидний хувьд гүйдэл өөрөө биш харин цахилгаан энерги өөр хэлбэрт шилжсэний улмаас үүсдэг дээр дурдсан үзэгдлүүд чухал юм.
Одоогийн бүх үйлдлүүд бидний амьдралд давхар үүрэг гүйцэтгэдэг. Зарим тохиолдолд хүмүүс, тоног төхөөрөмжийг тэднээс хамгаалах шаардлагатай байдаг бол зарим тохиолдолд цахилгаан цэнэгийн шууд дамжуулалтаас үүдэлтэй нэг буюу өөр үр нөлөөг олж авах шаардлагатай байдаг.олон төрлийн техникийн төхөөрөмжүүдийн зориулалт.
