Sruth dealain

Mìneachadh air sruth dealain

Taobh a-staigh giùlan mar chopar, tha dealanan ann a ghluaiseas gu saor agus air thuaiream aig astaran àrda ach nach teich às a’ mheatailt. Canar dealanan saora ri dealanan as urrainn gluasad gu saor. Ged a ghluaiseas dealanan gu saor anns a h-uile taobh, chan eil sruth lom de dealanan ann an taobh sònraichte sam bith. Bidh an suidheachadh seo a’ tachairt nuair nach eil eadar-dhealachadh comasach eadar dà cheann na uèire copair.

Nuair a bhios an uèir ceangailte ri stòr dealain, bidh eadar-dhealachadh comasach ag èirigh eadar dà cheann na uèire copair, agus mar sin a’ cruthachadh raon dealain anns an uèir chopair. Bidh làthaireachd raon dealain ag adhbhrachadh gum bi dealanan saora a’ faighinn eòlas air feachd dealain F = q E = e E, far a bheil F = feachd dealain, e = cosgais dealan, E = raon dealain . Bidh an fheachd dealain ag adhbhrachadh gum bi luathachadh cumanta aig a h-uile dealan a tha a’ gluasad gu saor san aon taobh ris an fheachd dealain.

Tha na dealanan saora seo, a’ gluasad còmhla, suidhichte eadar na dadaman statach anns a’ uèir chopair, ag adhbhrachadh gum bi na dealanan uile a’ bualadh ris na dadaman seo. Bidh na bualaidhean seo ag adhbhrachadh gum bi na dealanan saora ag atharrachadh an stiùireadh gluasaid. Tha na dealanan seo uile an-còmhnaidh fo ùmhlachd feachd dealain, ag adhbhrachadh gum bi iad a’ luathachadh san aon taobh ris an fheachd dealain. Às deidh dhaibh gluasad airson mionaid, bidh na dealanan saora a’ bualadh a-rithist ris na dadaman anns a’ uèir chopair. Ach, tha na dealanan saora an-còmhnaidh fo ùmhlachd feachd dealain, ag adhbhrachadh gum bi na dealanan uile a’ luathachadh a-rithist.

Mar sin, a bharrachd air gluasad air thuaiream ann an diofar stiùiridhean, bidh na dealanan saora uile cuideachd a’ gluasad còmhla gu slaodach ann an taobh an fheachd dealain agus ann an taobh eile an raoin dealain. Tha taobh an raoin dealain bho chomas dealain àrd gu comas dealain ìosal, agus tha na dealanan a’ gluasad bho chomas ìosal gu comas àrd. Tha astar glè luath aig gluasad air thuaiream gach dealan saor, agus tha astar glè shlaodach aig gluasad còmhla nan dealanan saora ann an taobh an fheachd dealain. Canar astar drift ris a’ ghluasad còmhla seo de na dealanan saora ann an taobh an fheachd dealain cuideachd.

Tha sruth dealain air a mhìneachadh mar shruth cosgais dealain tro earrann-tarsainn de stiùiriche thar ùine shònraichte. A rèir gnàthasan, tha stiùireadh an t-srutha dealain mar an ceudna ri stiùireadh gluasad chosgaisean adhartach. Chaidh an aonta seo a dhèanamh mus robh fios gur e dealanan saor, le cosgais àicheil a tha a’ gluasad ann an stiùiriche. Tha stiùireadh gluasad dealan ann an stiùiriche mu choinneamh stiùireadh sruth dealain. Mar sin, nuair a thathar a’ bruidhinn air an t-sruth a tha a’ sruthadh ann an stiùiriche, is e sruth chosgaisean adhartach a thathar a’ ciallachadh, ris an canar cuideachd sruth àbhaisteach oir is e toradh an aonta seo a th’ ann.

Foirmle sruth dealain

Gu matamataigeach, tha sruth dealain air a chur an cèill leis a’ cho-aontar:
I = ΔQ / Δt
Tuairisgeul na foirmle: I = sruth dealain, ΔQ = meud na cosgais dealain, Δt = eadar-ama.

Aonad sruth dealain

’S e Coulomb an aonad airson cosgais dealain, ’s e an diog an aonad airson ùine, agus mar sin ’s e Coulomb/diog an aonad airson sruth dealain. Canar Ampere ri Coulomb/diog cuideachd , air ainmeachadh às dèidh an neach-fiosaig Frangach, Andre Marie Ampere (1775-1836). 1 Ampere = 1 Coulomb/diog (1 A = 1 C/s). Ann am faclan eile, tha sruth dealain de 1 Ampere co-ionann ri cosgais dealain de 1 Coulomb a’ dol tro raon-tarsainn uèir airson 1 diog. A bharrachd air a bhith air a chur an cèill ann an Amperes, tha sruth dealain cuideachd air a chur an cèill ann am milliamperes (1 mA = 10-3 ^A ), microamperes (1 μA = ^10-6 A), nanoamperes (1 nA = 10-9 ^A ) no picoamperes (1 pA = ^10-12 A).

Eisimpleir ceist 1:

Bidh sruth de 2 Amperes a’ sruthadh tro uèir airson 8 diogan. Obraich a-mach meud a’ chosgais a tha a’ dol tro phuing agus an àireamh de electronan anns a’ chosgais sin!
Deasbad
Tha fios gu bheil:
Sruth dealain (I) = 1 Ampere
Eadar-ama (t) = 2 diogan
Dh'fhaighnich: cosgais (Q) agus àireamh nan dealanan (e)
Freagairt:
Foirmle sruth dealain:
I = Q/t
Tuairisgeul na foirmle: I = sruth dealain, Q = cosgais dealain, t = eadar-ama
Cosgais dealain:
Q = I t = (2 Ampere)(8 diogan) = 16 Coulomb.

^{Is e 1,6 x 10⁻⁶} Coulombs cosgais aon dealgan agus mar sin tha uiread de dealganan ann an cosgais de 16 Coulombs ri 16 C / 1,6 x 10⁻⁶ ^Coulombs = 10 x ^10⁻⁶ dealganan.

Sruth dealain, astar drift agus dùmhlachd sruth

Smaoinich air cosgais dheimhinneach a’ gluasad chun na làimh dheis le astar drift v ann an taobh raon dealain E ann an seoltóir le farsaingeachd earrann-tarsainn A. Bidh an cosgais dheimhinneach a’ gluasad astar s = vt rè ùine t.

Ma tha an àireamh de ghràineanan luchdaichte gach toirt (dùmhlachd gràinean luchdaichte) co-ionann ri n agus ma tha toirt an t-seoltóra co-ionann ri A s = A vt, is e n A v t an àireamh de ghràineanan luchdaichte ann am toirt an t-seoltóra. Ma tha cosgais q aig gach gràin luchdaichte, is e Q = nq A v t an ìre de luchd a thèid tro cheann an t-seoltóra rè na h-ùine t. Mar sin, is e I = Q/t = nq A v an sruth dealain a tha a’ sruthadh tro cheann an t-seoltóra. Agus is e J = I/A = nq v an dùmhlachd srutha no an sruth gach raon-earrann A. Faodar a cho-dhùnadh gur e toradh iomadachadh dùmhlachd nam gràinean luchdaichte (n), meud cosgais gach gràin (q), raon-earrann an t-seoltóra (A) agus astar drift nam gràinean luchdaichte (v) a tha anns an t-sruth a tha a’ sruthadh anns an t-seoltòr.

Sgrùdaich an eisimpleir de dhuilgheadas a leanas gus tuigsinn an eadar-dhealachadh eadar astar gach mìrean luchdaichte agus astar drift nan uile mìrean luchdaichte.

Eisimpleir ceist 2:

Bidh sruth cunbhalach de 10 Amperes a’ sruthadh ann an uèir chopair le farsaingeachd earrann-tarsainn de 3 x 10^-6 m²Is e 8,4 x 10 dùmhlachd nan electronan saora²⁸ dealanan/m³Obraich a-mach astar drift nan dealanan saora!
Deasbad
Tha fios gu bheil:
Sruth dealain (I) = 10 Ampere
Raon-tarsainn uèir (A) = 3 x 10^-6 m²
Dlùths electron saor (n) = 8,4 x 10²⁸ m^-3
Cosgais dealanach (q) = 1,6 x 10^-19 C
Dh'fhaighnich: Astar gluasad electron saor (v)
Freagairt:
Tha astar nan dealanan air a thomhas a’ cleachdadh na foirmle a chaidh a thoirt a-mach roimhe:

Tuairisgeul: I = sruth dealain, n = dùmhlachd mìrean luchdaichte = dùmhlachd dealanan saora, q = cosgais aon dealan, A = farsaingeachd earrann-tarsainn an t-seoltóra, v = astar gluasad dealan

Is e astar drift nan dealanach 0,248 x 10-3 ^meatairean /diog = 0,248 milliméadar/diog.

Bidh dealanan saora a’ gluasad còmhla ann an uèir aig astar 0,248 milliméadar gach diog. Ann am faclan eile, gach diog bidh na dealanan saora uile a’ gluasad 0,248 milliméadar. Tha seo na astar glè shlaodach. Ma tha gluasad nan dealanan saora cho slaodach, carson a bhios solas dealain a’ tionndadh air sa bhad às deidh an suidse a thionndadh air?

Gus seo a thuigsinn, smaoinich air sruthadh electronan ann an seòladair mar shruth uisge ann am pìob. Ma tha am pìob làn uisge, ma tha aon cheann den phìob ceangailte ri tap, sruthaidh uisge a-mach às a’ cheann eile sa bhad. San aon dòigh, tha electronan saor anns an uèir chopair agus uèir a’ bholgain solais. Nuair a thèid an suidse a thionndadh air, thèid raon dealain a chruthachadh le astar a tha a’ tighinn faisg air astar an t-solais (astar an t-solais = 3 x 108 ^meatairean / diog), a bheir air na electronan saora tòiseachadh a’ gluasad còmhla sa bhad. Tha electronan saor ann an uèir a’ bholgain solais mu thràth, agus mar sin bidh am bulb solais a’ tionndadh air sa bhad.