የኤሌክትሪክ ጅረት

የኤሌክትሪክ ጅረት ፍቺ

እንደ መዳብ ባለ ኮንዳክተር ውስጥ፣ በከፍተኛ ፍጥነት በነፃነት እና በዘፈቀደ የሚንቀሳቀሱ ነገር ግን ከብረቱ የማያመልጡ ኤሌክትሮኖች አሉ። በነፃነት የሚንቀሳቀሱ ኤሌክትሮኖች ነፃ ኤሌክትሮኖች ይባላሉ። ኤሌክትሮኖች በሁሉም አቅጣጫዎች በነፃነት የሚንቀሳቀሱ ቢሆኑም፣ በማንኛውም የተለየ አቅጣጫ የኤሌክትሮኖች የተጣራ ፍሰት የለም። ይህ ሁኔታ የሚከሰተው በመዳብ ሽቦው ሁለት ጫፎች መካከል ምንም አይነት ልዩነት በማይኖርበት ጊዜ ነው።

ሽቦው ከኃይል ምንጭ ጋር ሲገናኝ፣ በመዳብ ሽቦው ሁለት ጫፎች መካከል ሊኖር የሚችል ልዩነት ይፈጠራል፣ በዚህም ምክንያት በመዳብ ሽቦው ውስጥ የኤሌክትሪክ መስክ ይፈጥራል። የኤሌክትሪክ መስክ ነፃ ኤሌክትሮኖች እንዲለማመዱ ያደርጋል የኤሌክትሪክ ኃይል F = q E = e E, የት ኤፍ = የኤሌክትሪክ ኃይል፣ ኢ = የኤሌክትሮን ኃይል፣ ኢ = የኤሌክትሪክ መስክየኤሌክትሪክ ኃይል ሁሉም በነፃነት የሚንቀሳቀሱ ኤሌክትሮኖች ከኤሌክትሪክ ኃይል ጋር በተመሳሳይ አቅጣጫ የጋራ ፍጥነት እንዲያሳዩ ያደርጋል።

እነዚህ ነፃ ኤሌክትሮኖች አብረው የሚንቀሳቀሱት በመዳብ ሽቦ ውስጥ ባሉ ቋሚ አቶሞች መካከል የሚገኙ በመሆናቸው ሁሉም ኤሌክትሮኖች ከእነዚህ አቶሞች ጋር እንዲጋጩ ያደርጋሉ። እነዚህ ግጭቶች ነፃ ኤሌክትሮኖች የእንቅስቃሴ አቅጣጫቸውን እንዲቀይሩ ያደርጋሉ። እነዚህ ሁሉ ኤሌክትሮኖች ያለማቋረጥ ለኤሌክትሪክ ኃይል ተገዢ ናቸው፣ ይህም ከኤሌክትሪክ ኃይል ጋር በተመሳሳይ አቅጣጫ እንዲፋጠኑ ያደርጋቸዋል። ለተወሰነ ጊዜ ከተንቀሳቀሱ በኋላ፣ ነፃ ኤሌክትሮኖች እንደገና ከመዳብ ሽቦው ውስጥ ካሉት አቶሞች ጋር ይጋጫሉ። ሆኖም፣ ነፃ ኤሌክትሮኖች ሁልጊዜ ለኤሌክትሪክ ኃይል ተገዢ ናቸው፣ ይህም ሁሉም ኤሌክትሮኖች እንደገና እንዲፋጠኑ ያደርጋል።

ስለዚህ፣ በተለያዩ አቅጣጫዎች በዘፈቀደ ከመንቀሳቀስ በተጨማሪ፣ ሁሉም ነፃ ኤሌክትሮኖች በኤሌክትሪክ ኃይል አቅጣጫ እና በኤሌክትሪክ መስክ ተቃራኒ አቅጣጫ ቀስ ብለው ይንቀሳቀሳሉ። የኤሌክትሪክ መስክ አቅጣጫ ከከፍተኛ የኤሌክትሪክ አቅም ወደ ዝቅተኛ የኤሌክትሪክ አቅም ሲሆን፣ ኤሌክትሮኖች ደግሞ ከዝቅተኛ አቅም ወደ ከፍተኛ አቅም ይንቀሳቀሳሉ። የእያንዳንዱ ነፃ ኤሌክትሮን የዘፈቀደ እንቅስቃሴ በጣም ፈጣን ፍጥነት አለው፣ የነፃ ኤሌክትሮኖች የጋራ እንቅስቃሴ ደግሞ በኤሌክትሪክ ኃይል አቅጣጫ በጣም ቀርፋፋ ፍጥነት አለው። ይህ የነፃ ኤሌክትሮኖች የጋራ እንቅስቃሴ በኤሌክትሪክ ኃይል አቅጣጫ የመንሸራተት ፍጥነት ተብሎም ይጠራል።

የኤሌክትሪክ ፍሰት የሚገለጸው እንደ ፍሰት ነው የኤሌክትሪክ ክፍያ በተወሰነ የጊዜ ክፍተት ውስጥ በአንድ የኮንደርደር መስቀለኛ ክፍል ውስጥ ያልፋል። በተለምዶ፣ የኤሌክትሪክ ጅረት አቅጣጫ ከአዎንታዊ ቻርጅ እንቅስቃሴ አቅጣጫ ጋር ተመሳሳይ ነው። ይህ ስምምነት የተደረገው በኮነደር ውስጥ የሚንቀሳቀሰው ነገር አሉታዊ የኤሌክትሪክ ቻርጅ ያላቸው ነፃ ኤሌክትሮኖች መሆናቸውን ከመታወቁ በፊት ነው። በኮነደር ውስጥ የኤሌክትሮን እንቅስቃሴ አቅጣጫ ከኤሌክትሪክ ጅረት አቅጣጫ ተቃራኒ ነው። ስለዚህ፣ በኮነደር ውስጥ የሚፈሰውን ጅረት ስንወያይ፣ የአዎንታዊ ቻርጅ ፍሰት ማለት ነው፣ ይህም የዚህ ስምምነት ውጤት ስለሆነ ባህላዊ ጅረት በመባልም ይታወቃል።

የኤሌክትሪክ ጅረት ቀመር

በሂሳብ፣ የኤሌክትሪክ ጅረት የሚገለጸው በሚከተለው እኩልታ ነው፡
እኔ = ΔQ / Δt
የቀመር መግለጫ፡ I = የኤሌክትሪክ ጅረት፣ ΔQ = የኤሌክትሪክ ቻርጅ መጠን፣ Δt = የጊዜ ክፍተት።

የኤሌክትሪክ ጅረት አሃድ

የኤሌክትሪክ ቻርጅ አሃድ ኩሎምብ ሲሆን የጊዜ አሃድ ሁለተኛው ነው፣ ስለዚህ የኤሌክትሪክ ጅረት አሃድ ኩሎምብ/ሰከንድ ነው። ኩሎምብ/ሰከንድም ይባላል። ኤምፔር, የፈረንሳዊው የፊዚክስ ሊቅ አንድሬ ማሪ አምፔሬ (1775-1836) ስም። 1 አምፔሬ = 1 ኩሎምብ / ሰከንድ (1 A = 1 C/s)። በሌላ አነጋገር፣ የ1 አምፔሬ የኤሌክትሪክ ፍሰት ለ1 ሰከንድ በሽቦ መስቀለኛ ክፍል ውስጥ ከሚያልፈው 1 ኩሎምብ የኤሌክትሪክ ኃይል ጋር እኩል ነው። በአምፔሬስ ውስጥ ከመገለፁ በተጨማሪ የኤሌክትሪክ ፍሰት በሚሊአምፔሬስ (1 mA = 10) ይገለጻል።^-3 ሀ)፣ ማይክሮአምፔሮች (1 μA = 10^-6 ሀ), ናኖአምፔርስ (1 nA = 10^-9 ሀ) ወይም ፒኮምፔሬስ (1 pA = 10^-12 ሀ).

ምሳሌ ጥያቄ 1፡

የ2 አምፔር ጅረት ለ8 ሰከንዶች በሽቦ ውስጥ ይፈሳል። በአንድ ነጥብ ውስጥ የሚያልፈውን የቻርጅ መጠን እና በዚያ ቻርጅ ውስጥ ያሉትን የኤሌክትሮኖች ብዛት ይወስኑ!
ውይይት
እንደሚታወቀው፡-
የኤሌክትሪክ ጅረት (I) = 1 አምፔር
የጊዜ ክፍተት (t) = 2 ሰከንዶች
የተጠየቀው፦ ቻርጅ (Q) እና የኤሌክትሮኖች ብዛት (e)
መልስ፡
የኤሌክትሪክ ጅረት ቀመር፡
እኔ = Q/t
የቀመር መግለጫ፡ I = የኤሌክትሪክ ጅረት፣ Q = የኤሌክትሪክ ቻርጅ፣ t = የጊዜ ክፍተት
የኤሌክትሪክ ክፍያ፡
Q = I t = (2 Ampere)(8 ሰከንዶች) = 16 Coulombs.

የአንድ ኤሌክትሮን ቻርጅ 1,6 x 10 ነው^-19 ኩሎምብ ስለዚህ 16 ኩሎምብ ቻርጅ 16 C / 1,6 x 10 ኤሌክትሮኖች አሉት^-19 ኩሎምብ = 10 x 10¹⁹ ኤሌክትሮን።

የኤሌክትሪክ ጅረት፣ የመንሸራተት ፍጥነት እና የአሁኑ ጥግግት

በመስቀለኛ ክፍል አካባቢ ሀ ባለው መሪ ውስጥ ወደ ቀኝ የሚንቀሳቀስ ፖዘቲቭ ቻርጅን አስቡበት፤ የመንሸራተቻ ፍጥነት v በኤሌክትሪክ መስክ E አቅጣጫ። ፖዘቲቭ ቻርጅ በጊዜ ክፍተት t ውስጥ ርቀት s = vt ይንቀሳቀሳል።

በአንድ መጠን የተከፈሉ ቅንጣቶች ብዛት (የተከፈለ ቅንጣት ጥግግት) n ከሆነ እና የመሪው መጠን A s = A vt ከሆነ፣ በኮንዳክተር መጠን ውስጥ ያሉት የተከፈሉ ቅንጣቶች ብዛት n A v t ነው። እያንዳንዱ የተከፈለ ቅንጣት የ q ክስ ካለው በጊዜ ክፍተት t ውስጥ በኮንዳክተር መጨረሻ በኩል የሚያልፈው የክፍያ መጠን Q = nq A v t ነው። ስለዚህ በመኮንደሩ መጨረሻ በኩል የሚፈሰው የኤሌክትሪክ ጅረት I = Q/t = nq A v ነው። በአንድ የመስቀለኛ ክፍል አካባቢ A የአሁኑ ጥግግት ወይም የአሁኑ J = I/A = nq v ነው። በመኮንደሩ ውስጥ የሚፈሰው የአሁኑ የተከፈሉ ቅንጣቶች ጥግግት (n)፣ የእያንዳንዱ ቅንጣት (q) ክስ መጠን፣ የመኮንዳክተር መስቀለኛ ክፍል አካባቢ (A) እና የተከፈሉ ቅንጣቶች የመንሸራተቻ ፍጥነት (v) ውጤት ነው ብሎ መደምደም ይቻላል።

የእያንዳንዱን የተከሰከሰ ቅንጣት ፍጥነት እና የሁሉም የተከሰከሰ ቅንጣቶች የመንሸራተት ፍጥነት መካከል ያለውን ልዩነት ለመረዳት የሚከተለውን የምሳሌ ችግር ያጥኑ።

ምሳሌ ጥያቄ 2፡

የ 10 አምፔር ቋሚ ፍሰት በመዳብ ሽቦ ውስጥ በ 3 x 10 የመስቀለኛ ክፍል ስፋት ይፈስሳል^-6 m²የነጻው የኤሌክትሮን ጥግግት 8,4 x 10 ነው²⁸ ኤሌክትሮኖች/ሜ³የነጻ ኤሌክትሮኖች የመንሸራተት ፍጥነት ይወስኑ!
ውይይት
እንደሚታወቀው፡-
የኤሌክትሪክ ጅረት (I) = 10 አምፔር
የሽቦ መስቀለኛ ክፍል ስፋት (A) = 3 x 10^-6 m²
ነፃ የኤሌክትሮን ጥግግት (n) = 8,4 x 10²⁸ m^-3
የኤሌክትሮን ቻርጅ (q) = 1,6 x 10^-19 C
የተጠየቀው፦ ነፃ የኤሌክትሮን ተንሸራታች ፍጥነት (v)
መልስ፡
የኤሌክትሮኖች ፍጥነት የሚሰላው ቀደም ሲል የተገኘውን ቀመር በመጠቀም ነው፡

መግለጫ፡ I = የኤሌክትሪክ ጅረት፣ n = የተከሰሱ ቅንጣቶች ጥግግት = የነፃ ኤሌክትሮኖች ጥግግት፣ q = የአንድ ኤሌክትሮን ክፍያ፣ A = የመሪው የመስቀለኛ ክፍል ስፋት፣ v = የኤሌክትሮን ተንሸራታች ፍጥነት

የኤሌክትሮን የመንሸራተት ፍጥነት 0,248 x 10 ነው^-3 ሜትር/ሰከንድ = 0,248 ሚሊሜትር/ሰከንድ።

ነፃ ኤሌክትሮኖች በሰከንድ 0,248 ሚሊሜትር ፍጥነት በሽቦ ውስጥ አብረው ይንቀሳቀሳሉ። በሌላ አነጋገር፣ በእያንዳንዱ ሰከንድ ሁሉም ነፃ ኤሌክትሮኖች 0,248 ሚሊሜትር ይንቀሳቀሳሉ። ይህ በጣም ቀርፋፋ ፍጥነት ነው። የነጻ ኤሌክትሮኖች እንቅስቃሴ በጣም ቀርፋፋ ከሆነ፣ ማብሪያ / ማጥፊያው ከበራ በኋላ የኤሌክትሪክ መብራት ለምን ወዲያውኑ ይበራል?

ይህንን ለመረዳት፣ ልክ እንደ ቱቦ ውስጥ የውሃ ፍሰት በኮንዳክተር ውስጥ ያሉትን የኤሌክትሮኖች ፍሰት ግምት ውስጥ ያስገቡ። ቱቦው በውሃ የተሞላ ከሆነ፣ የቱቦው አንድ ጫፍ ከቧንቧ ጋር የተገናኘ ከሆነ፣ ውሃው ወዲያውኑ ከሌላኛው ጫፍ ይፈስሳል። በተመሳሳይ፣ በመዳብ ሽቦው እና በመብራት አምፖል ሽቦ ውስጥ ነፃ ኤሌክትሮኖች አሉ። ማብሪያ / ማጥፊያው ሲበራ፣ ወደ ብርሃን ፍጥነት የሚጠጋ ፍጥነት ያለው የኤሌክትሪክ መስክ ይፈጠራል (የብርሃን ፍጥነት = 3 x 10)።⁸ ሜትር/ሰከንድ)፣ ይህም ነፃ ኤሌክትሮኖች በዚያ ቅጽበት አብረው እንዲንቀሳቀሱ ያደርጋል። በመብራት አምፖሉ ሽቦ ውስጥ ቀድሞውኑ ነፃ ኤሌክትሮኖች አሉ ስለዚህ ብርሃኑ በዚያ ቅጽበት ያበራል።