ຄໍານິຍາມຂອງກະແສໄຟຟ້າ
ພາຍໃນຕົວນຳເຊັ່ນ: ທອງແດງ, ມີເອເລັກຕຣອນທີ່ເຄື່ອນທີ່ຢ່າງອິດສະຫຼະ ແລະ ແບບສຸ່ມດ້ວຍຄວາມໄວສູງ ແຕ່ບໍ່ຫຼົບໜີອອກຈາກໂລຫະ. ເອເລັກຕຣອນທີ່ສາມາດເຄື່ອນທີ່ຢ່າງອິດສະຫຼະເອີ້ນວ່າ ເອເລັກຕຣອນອິດສະຫຼະ. ເຖິງແມ່ນວ່າເອເລັກຕຣອນຈະເຄື່ອນທີ່ຢ່າງອິດສະຫຼະໃນທຸກທິດທາງ, ແຕ່ບໍ່ມີການໄຫຼສຸດທິຂອງເອເລັກຕຣອນໃນທິດທາງໃດໜຶ່ງ. ສະພາບການນີ້ເກີດຂຶ້ນເມື່ອບໍ່ມີຄວາມແຕກຕ່າງກັນທາງດ້ານທ່າແຮງລະຫວ່າງສອງສົ້ນຂອງສາຍທອງແດງ.
ເມື່ອສາຍໄຟເຊື່ອມຕໍ່ກັບແຫຼ່ງໄຟຟ້າ, ຄວາມແຕກຕ່າງລະຫວ່າງທ່າແຮງຈະເກີດຂຶ້ນລະຫວ່າງສອງສົ້ນຂອງສາຍທອງແດງ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງສ້າງສະໜາມໄຟຟ້າໃນສາຍທອງແດງ. ການມີ ສະໜາມໄຟຟ້າ ເຮັດໃຫ້ເອເລັກຕຣອນອິດສະຫຼະປະສົບກັບ ແຮງໄຟຟ້າ F = q E = e E, ບ່ອນທີ່ F = ແຮງໄຟຟ້າ, e = ປະຈຸໄຟຟ້າ, E = ສະໜາມໄຟຟ້າ . ແຮງໄຟຟ້າເຮັດໃຫ້ເອເລັກຕຣອນທີ່ເຄື່ອນທີ່ຢ່າງອິດສະຫຼະທັງໝົດປະສົບກັບຄວາມເລັ່ງຮ່ວມໃນທິດທາງດຽວກັນກັບແຮງໄຟຟ້າ.
ເອເລັກຕຣອນອິດສະຫຼະເຫຼົ່ານີ້, ເຊິ່ງເຄື່ອນທີ່ຮ່ວມກັນ, ຕັ້ງຢູ່ລະຫວ່າງອະຕອມທີ່ຢູ່ນິ້ງຢູ່ໃນສາຍທອງແດງ, ເຮັດໃຫ້ເອເລັກຕຣອນທັງໝົດປະທະກັບອະຕອມເຫຼົ່ານີ້. ການປະທະເຫຼົ່ານີ້ເຮັດໃຫ້ເອເລັກຕຣອນອິດສະຫຼະປ່ຽນທິດທາງການເຄື່ອນທີ່ຂອງມັນ. ເອເລັກຕຣອນທັງໝົດເຫຼົ່ານີ້ຖືກກະທົບກັບແຮງໄຟຟ້າຢູ່ສະເໝີ, ເຮັດໃຫ້ພວກມັນເລັ່ງໄປໃນທິດທາງດຽວກັນກັບແຮງໄຟຟ້າ. ຫຼັງຈາກເຄື່ອນທີ່ໄປຊົ່ວໄລຍະໜຶ່ງ, ເອເລັກຕຣອນອິດສະຫຼະຈະປະທະກັບອະຕອມໃນສາຍທອງແດງອີກຄັ້ງ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ເອເລັກຕຣອນອິດສະຫຼະມັກຈະຖືກກະທົບກັບແຮງໄຟຟ້າຢູ່ສະເໝີ, ເຮັດໃຫ້ເອເລັກຕຣອນທັງໝົດເລັ່ງອີກຄັ້ງ.
ສະນັ້ນ, ນອກເໜືອໄປຈາກການເຄື່ອນທີ່ແບບສຸ່ມໃນທິດທາງຕ່າງໆ, ເອເລັກຕຣອນເສລີທັງໝົດຍັງເຄື່ອນທີ່ຮ່ວມກັນຊ້າໆໃນທິດທາງຂອງແຮງໄຟຟ້າ ແລະ ໃນທິດທາງກົງກັນຂ້າມຂອງສະໜາມໄຟຟ້າ. ທິດທາງຂອງສະໜາມໄຟຟ້າແມ່ນຈາກທ່າແຮງໄຟຟ້າສູງໄປຫາທ່າແຮງໄຟຟ້າຕ່ຳ, ໃນຂະນະທີ່ເອເລັກຕຣອນເຄື່ອນທີ່ຈາກທ່າແຮງຕ່ຳໄປຫາທ່າແຮງສູງ. ການເຄື່ອນທີ່ແບບສຸ່ມຂອງເອເລັກຕຣອນເສລີແຕ່ລະອັນມີຄວາມໄວໄວຫຼາຍ, ໃນຂະນະທີ່ການເຄື່ອນທີ່ລວມຂອງເອເລັກຕຣອນເສລີໃນທິດທາງຂອງແຮງໄຟຟ້າມີຄວາມໄວຊ້າຫຼາຍ. ການເຄື່ອນທີ່ລວມຂອງເອເລັກຕຣອນເສລີໃນທິດທາງຂອງແຮງໄຟຟ້ານີ້ຍັງເອີ້ນວ່າຄວາມໄວລອຍ.
ກະແສໄຟຟ້າຖືກນິຍາມວ່າເປັນການໄຫຼ ຂອງປະຈຸໄຟຟ້າ ຜ່ານພາກຕັດຂວາງຂອງຕົວນຳໃນຊ່ວງເວລາທີ່ກຳນົດ. ຕາມແບບແຜນ, ທິດທາງຂອງກະແສໄຟຟ້າແມ່ນຄືກັນກັບທິດທາງການເຄື່ອນທີ່ຂອງປະຈຸບວກ. ຂໍ້ຕົກລົງນີ້ໄດ້ເຮັດກ່ອນທີ່ມັນຈະຮູ້ວ່າສິ່ງທີ່ເຄື່ອນທີ່ຕົວຈິງໃນຕົວນຳແມ່ນເອເລັກຕຣອນອິດສະຫຼະທີ່ມີປະຈຸລົບ. ທິດທາງຂອງການເຄື່ອນທີ່ຂອງເອເລັກຕຣອນໃນຕົວນຳແມ່ນກົງກັນຂ້າມກັບທິດທາງຂອງກະແສໄຟຟ້າ. ດັ່ງນັ້ນ, ເມື່ອສົນທະນາກ່ຽວກັບກະແສໄຟຟ້າທີ່ໄຫຼໃນຕົວນຳ, ສິ່ງທີ່ໝາຍເຖິງການໄຫຼຂອງປະຈຸບວກ, ເຊິ່ງເອີ້ນກັນວ່າກະແສໄຟຟ້າທຳມະດາ ເພາະມັນເປັນຜົນມາຈາກຂໍ້ຕົກລົງນີ້.
ສູດກະແສໄຟຟ້າ
ໃນທາງຄະນິດສາດ, ກະແສໄຟຟ້າສະແດງອອກໂດຍສົມຜົນ:
I = ΔQ / Δt
ລາຍລະອຽດສູດ: I = ກະແສໄຟຟ້າ, ΔQ = ປະລິມານປະຈຸໄຟຟ້າ, Δt = ໄລຍະຫ່າງເວລາ.
ຫົວໜ່ວຍກະແສໄຟຟ້າ
ຫົວໜ່ວຍຂອງປະຈຸໄຟຟ້າແມ່ນ Coulomb, ຫົວໜ່ວຍຂອງເວລາແມ່ນວິນາທີ, ສະນັ້ນຫົວໜ່ວຍຂອງກະແສໄຟຟ້າແມ່ນ Coulomb/ວິນາທີ. Coulomb/ວິນາທີຍັງຖືກເອີ້ນວ່າ Ampere , ຕັ້ງຊື່ຕາມນັກຟີຊິກສາດຊາວຝຣັ່ງ, Andre Marie Ampere (1775-1836). 1 Ampere = 1 Coulomb/ວິນາທີ (1 A = 1 C/s). ເວົ້າອີກຢ່າງໜຶ່ງ, ກະແສໄຟຟ້າ 1 Ampere ເທົ່າກັບປະຈຸໄຟຟ້າ 1 Coulomb ທີ່ຜ່ານພື້ນທີ່ຕັດຂວາງຂອງສາຍເປັນເວລາ 1 ວິນາທີ. ນອກຈາກຈະສະແດງເປັນ Amperes ແລ້ວ, ກະແສໄຟຟ້າຍັງສະແດງອອກເປັນ milliamperes (1 mA = 10 -3 A), microamperes (1 μA = 10 -6 A), nanoamperes (1 nA = 10 -9 A) ຫຼື picoamperes (1 pA = 10 -12 A).
ຕົວຢ່າງຄຳຖາມທີ 1:
ກະແສໄຟຟ້າ 2 ແອມແປຣ໌ໄຫຼຜ່ານສາຍໄຟເປັນເວລາ 8 ວິນາທີ. ຈົ່ງກຳນົດຂະໜາດຂອງປະຈຸໄຟຟ້າທີ່ຜ່ານຈຸດໜຶ່ງ ແລະ ຈຳນວນເອເລັກຕຣອນໃນປະຈຸໄຟຟ້ານັ້ນ!
ສົນທະນາ
ເປັນທີ່ຮູ້ກັນວ່າ:
ກະແສໄຟຟ້າ (I) = 1 ແອມແປຣ໌
ຊ່ວງເວລາ (t) = 2 ວິນາທີ
ຖາມວ່າ: ປະຈຸໄຟຟ້າ (Q) ແລະ ຈຳນວນເອເລັກຕຣອນ (e)
ຕອບ:
ສູດກະແສໄຟຟ້າ:
ຂ້ອຍ = ຖາມ/ທ
ລາຍລະອຽດສູດ: I = ກະແສໄຟຟ້າ, Q = ປະຈຸໄຟຟ້າ, t = ໄລຍະຫ່າງເວລາ
ປະຈຸໄຟຟ້າ:
Q = It = (2 ແອມແປ)(8 ວິນາທີ) = 16 ຄູລອມ.
ປະຈຸໄຟຟ້າຂອງໜຶ່ງເອເລັກຕຣອນແມ່ນ 1,6 x 10 -19 ຄູລອມ ດັ່ງນັ້ນປະຈຸໄຟຟ້າ 16 ຄູລອມຈຶ່ງມີເອເລັກຕຣອນຫຼາຍເທົ່າກັບ 16 C / 1,6 x 10 -19 ຄູລອມ = 10 x 10 19 ເອເລັກຕຣອນ.
ກະແສໄຟຟ້າ, ຄວາມໄວໃນການດຣິບ ແລະ ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງກະແສໄຟຟ້າ
ພິຈາລະນາປະຈຸໄຟຟ້າບວກທີ່ເຄື່ອນທີ່ໄປທາງຂວາດ້ວຍຄວາມໄວລອຍ v ໃນທິດທາງຂອງສະໜາມໄຟຟ້າ E ໃນຮ່າງກາຍນຳໄຟຟ້າທີ່ມີພື້ນທີ່ຕັດຂວາງ A. ປະຈຸໄຟຟ້າບວກເຄື່ອນທີ່ໄລຍະທາງ s = vt ໃນຊ່ວງເວລາ t.
ຖ້າຈຳນວນອະນຸພາກທີ່ມີປະຈຸໄຟຟ້າຕໍ່ປະລິມານ (ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງອະນຸພາກທີ່ມີປະຈຸໄຟຟ້າ) ແມ່ນ n ແລະປະລິມານຂອງຕົວນຳແມ່ນ A s = A vt, ຫຼັງຈາກນັ້ນຈຳນວນອະນຸພາກທີ່ມີປະຈຸໄຟຟ້າໃນປະລິມານຕົວນຳແມ່ນ n A v t. ຖ້າອະນຸພາກທີ່ມີປະຈຸໄຟຟ້າແຕ່ລະອັນມີປະຈຸໄຟຟ້າເປັນ q ແລ້ວປະລິມານຂອງປະຈຸໄຟຟ້າທີ່ຜ່ານປາຍຂອງຕົວນຳໃນຊ່ວງເວລາ t ແມ່ນ Q = nq A v t. ດັ່ງນັ້ນກະແສໄຟຟ້າທີ່ໄຫຼຜ່ານປາຍຂອງຕົວນຳແມ່ນ I = Q/t = nq A v. ໃນຂະນະທີ່ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງກະແສໄຟຟ້າ ຫຼື ກະແສໄຟຟ້າຕໍ່ພື້ນທີ່ຕັດຂວາງ A ແມ່ນ J = I/A = nq v. ສາມາດສະຫຼຸບໄດ້ວ່າກະແສໄຟຟ້າທີ່ໄຫຼໃນຕົວນຳແມ່ນຜົນມາຈາກການຄູນຄວາມໜາແໜ້ນຂອງອະນຸພາກທີ່ມີປະຈຸໄຟຟ້າ (n), ຂະໜາດຂອງປະຈຸໄຟຟ້າຂອງແຕ່ລະອະນຸພາກ (q), ພື້ນທີ່ຕັດຂວາງຂອງຕົວນຳ (A) ແລະ ຄວາມໄວໃນການລອຍຂອງອະນຸພາກທີ່ມີປະຈຸໄຟຟ້າ (v).
ສຶກສາບັນຫາຕົວຢ່າງຕໍ່ໄປນີ້ເພື່ອເຂົ້າໃຈຄວາມແຕກຕ່າງລະຫວ່າງຄວາມໄວຂອງອະນຸພາກທີ່ມີປະຈຸໄຟຟ້າແຕ່ລະອັນ ແລະ ຄວາມໄວໃນການລອຍຂອງອະນຸພາກທີ່ມີປະຈຸໄຟຟ້າທັງໝົດ.
ຕົວຢ່າງຄຳຖາມທີ 2:
ກະແສໄຟຟ້າຄົງທີ່ 10 Amperes ໄຫຼໃນສາຍທອງແດງທີ່ມີພື້ນທີ່ຕັດຂວາງ 3 x 10-6 m2ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງເອເລັກຕຣອນອິດສະຫຼະແມ່ນ 8,4 x 1028 ເອເລັກຕຣອນ/ມ3ກຳນົດຄວາມໄວໃນການລອຍຂອງເອເລັກຕຣອນອິດສະຫຼະ!
ສົນທະນາ
ເປັນທີ່ຮູ້ກັນວ່າ:
ກະແສໄຟຟ້າ (I) = 10 ແອມແປຣ໌
ພື້ນທີ່ຕັດຂວາງຂອງສາຍ (A) = 3 x 10-6 m2
ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງເອເລັກຕຣອນອິດສະຫຼະ (n) = 8,4 x 1028 m-3
ປະຈຸໄຟຟ້າ (q) = 1,6 x 10-19 C
ຖາມວ່າ: ຄວາມໄວໃນການດຣິບຂອງເອເລັກຕຣອນເສລີ (v)
ຕອບ:
ຄວາມໄວຂອງເອເລັກຕຣອນຖືກຄິດໄລ່ໂດຍໃຊ້ສູດທີ່ໄດ້ມາກ່ອນໜ້ານີ້:
ລາຍລະອຽດ: I = ກະແສໄຟຟ້າ, n = ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງອະນຸພາກທີ່ມີປະຈຸ = ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງເອເລັກຕຣອນອິດສະຫຼະ, q = ປະຈຸຂອງເອເລັກຕຣອນໜຶ່ງ, A = ພື້ນທີ່ຕັດຂວາງຂອງຕົວນຳ, v = ຄວາມໄວໃນການເຄື່ອນທີ່ຂອງເອເລັກຕຣອນ
ຄວາມໄວຂອງການລອຍຂອງເອເລັກຕຣອນແມ່ນ 0,248 x 10 -3 ແມັດ/ວິນາທີ = 0,248 ມິນລິແມັດ/ວິນາທີ.
ເອເລັກຕຣອນເສລີເຄື່ອນທີ່ຮ່ວມກັນໃນສາຍດ້ວຍຄວາມໄວ 0,248 ມິນລິແມັດຕໍ່ວິນາທີ. ເວົ້າອີກຢ່າງໜຶ່ງ, ທຸກໆວິນາທີ ເອເລັກຕຣອນເສລີທັງໝົດເຄື່ອນທີ່ 0,248 ມິນລິແມັດ. ນີ້ແມ່ນຄວາມໄວທີ່ຊ້າຫຼາຍ. ຖ້າການເຄື່ອນທີ່ຂອງເອເລັກຕຣອນເສລີຊ້າຫຼາຍ, ເປັນຫຍັງໄຟໄຟຟ້າຈຶ່ງເປີດທັນທີຫຼັງຈາກເປີດສະວິດ?
ເພື່ອເຂົ້າໃຈເລື່ອງນີ້, ໃຫ້ພິຈາລະນາການໄຫຼຂອງເອເລັກຕຣອນໃນຕົວນຳໄຟຟ້າຄືກັບການໄຫຼຂອງນ້ຳໃນທໍ່. ຖ້າທໍ່ເຕັມໄປດ້ວຍນ້ຳ, ຖ້າປາຍທໍ່ດ້ານໜຶ່ງເຊື່ອມຕໍ່ກັບກ໊ອກນ້ຳ, ນ້ຳຈະໄຫຼອອກຈາກປາຍອີກດ້ານໜຶ່ງທັນທີ. ໃນທຳນອງດຽວກັນ, ມີເອເລັກຕຣອນອິດສະຫຼະຢູ່ໃນສາຍທອງແດງ ແລະ ສາຍຫຼອດໄຟ. ເມື່ອສະວິດຖືກເປີດ, ສະໜາມໄຟຟ້າຈະຖືກສ້າງຂຶ້ນດ້ວຍຄວາມໄວໃກ້ຄຽງກັບຄວາມໄວແສງ (ຄວາມໄວແສງ = 3 x 108 ແມັດ /ວິນາທີ), ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ເອເລັກຕຣອນອິດສະຫຼະເລີ່ມເຄື່ອນທີ່ເຂົ້າກັນທັນທີ. ມີເອເລັກຕຣອນອິດສະຫຼະຢູ່ໃນສາຍຫຼອດໄຟແລ້ວ, ດັ່ງນັ້ນຫຼອດໄຟຈຶ່ງເປີດທັນທີ.
