විද්‍යුත් ධාරාව අර්ථ දැක්වීම
තඹ වැනි සන්නායකයක් තුළ, අධික වේගයෙන් නිදහසේ සහ අහඹු ලෙස චලනය වන නමුත් ලෝහයෙන් ගැලවී නොයන ඉලෙක්ට්‍රෝන ඇත. නිදහසේ චලනය විය හැකි ඉලෙක්ට්‍රෝන නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන ලෙස හැඳින්වේ. ඉලෙක්ට්‍රෝන සෑම දිශාවකටම නිදහසේ චලනය වුවද, කිසිදු නිශ්චිත දිශාවකට ඉලෙක්ට්‍රෝනවල ශුද්ධ ප්‍රවාහයක් නොමැත. තඹ වයරයේ කෙළවර දෙක අතර විභව වෙනසක් නොමැති විට මෙම තත්වය ඇතිවේ.
වයරය විද්‍යුත් ප්‍රභවයකට සම්බන්ධ කළ විට, තඹ වයරයේ කෙළවර දෙක අතර විභව වෙනසක් ඇති වන අතර එමඟින් තඹ වයරයේ විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයක් නිර්මාණය වේ. විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයක් පැවතීම නිසා නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන F = q E = e E විද්‍යුත් බලයක් අත්විඳිය හැකි අතර , එහිදී F = විද්‍යුත් බලය, e = ඉලෙක්ට්‍රෝන ආරෝපණය, E = විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයක් අත්විඳිය හැකිය. විද්‍යුත් බලය නිසා නිදහසේ චලනය වන සියලුම ඉලෙක්ට්‍රෝන විද්‍යුත් බලයට සමාන දිශාවකට පොදු ත්වරණයක් අත්විඳිය හැකිය.
මෙම නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන, එකට චලනය වෙමින්, තඹ වයරයේ ස්ථිතික පරමාණු අතර පිහිටා ඇති අතර, එමඟින් සියලුම ඉලෙක්ට්‍රෝන මෙම පරමාණු සමඟ ගැටේ. මෙම ගැටුම් නිසා නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන ඒවායේ චලිත දිශාව වෙනස් කරයි. මෙම සියලුම ඉලෙක්ට්‍රෝන නිරන්තරයෙන් විද්‍යුත් බලයකට යටත් වන අතර එමඟින් ඒවා විද්‍යුත් බලයේ දිශාවටම වේගවත් වේ. මොහොතකට චලනය වීමෙන් පසු, නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන නැවතත් තඹ වයරයේ පරමාණු සමඟ ගැටේ. කෙසේ වෙතත්, නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන සෑම විටම විද්‍යුත් බලයකට යටත් වන අතර, එමඟින් සියලුම ඉලෙක්ට්‍රෝන නැවත වේගවත් වේ.
ඉතින්, විවිධ දිශාවලට අහඹු ලෙස චලනය වීමට අමතරව, සියලුම නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන විද්‍යුත් බලයේ දිශාවට සහ විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයේ ප්‍රතිවිරුද්ධ දිශාවට සෙමින් එකට ගමන් කරයි. විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයේ දිශාව ඉහළ විද්‍යුත් විභවයේ සිට අඩු විද්‍යුත් විභවය දක්වා වන අතර ඉලෙක්ට්‍රෝන අඩු විභවයේ සිට ඉහළ විභවය දක්වා ගමන් කරයි. සෑම නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝනයකම අහඹු චලිතයට ඉතා වේගවත් වේගයක් ඇති අතර, විද්‍යුත් බලයේ දිශාවට නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝනවල සාමූහික චලිතයට ඉතා මන්දගාමී වේගයක් ඇත. විද්‍යුත් බලයේ දිශාවට නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝනවල මෙම සාමූහික චලිතය ප්ලාවිත ප්‍රවේගය ලෙසද හැඳින්වේ.
විද්‍යුත් ධාරාව යනු නිශ්චිත කාල පරතරයක් තුළ සන්නායකයක හරස්කඩක් හරහා විද්‍යුත් ආරෝපණ ප්‍රවාහය ලෙස අර්ථ දැක්වේ . සම්මුතියට අනුව, විද්‍යුත් ධාරාවේ දිශාව ධන ආරෝපණ චලිතයේ දිශාවට සමාන වේ. සන්නායකයක සැබවින්ම චලනය වන්නේ නිදහස්, සෘණ ආරෝපිත ඉලෙක්ට්‍රෝන බව දැන ගැනීමට පෙර මෙම ගිවිසුම ඇති කර ගන්නා ලදී. සන්නායකයක ඉලෙක්ට්‍රෝන චලනයේ දිශාව විද්‍යුත් ධාරාවේ දිශාවට ප්‍රතිවිරුද්ධ වේ. එබැවින්, සන්නායකයක ගලා යන ධාරාව ගැන සාකච්ඡා කිරීමේදී, අදහස් කරන්නේ ධන ආරෝපණ ප්‍රවාහය වන අතර එය සාම්ප්‍රදායික ධාරාව ලෙසද හැඳින්වේ, මන්ද එය මෙම ගිවිසුමේ ප්‍රතිඵලයකි.
විදුලි ධාරා සූත්‍රය
ගණිතමය වශයෙන්, විද්‍යුත් ධාරාව සමීකරණය මගින් ප්‍රකාශ වේ:
I = ΔQ / Δt
සූත්‍ර විස්තරය: I = විද්‍යුත් ධාරාව, ΔQ = විද්‍යුත් ආරෝපණ ප්‍රමාණය, Δt = කාල පරතරය.
විදුලි ධාරාවේ ඒකකය
විද්‍යුත් ආරෝපණ ඒකකය කූලෝම්බ් වේ, කාලයේ ඒකකය දෙවැන්න වේ, එබැවින් විද්‍යුත් ධාරාවේ ඒකකය කූලෝම්බ්/තත්පරය වේ. කූලෝම්බ්/තත්පරය ඇම්පියර් ලෙසද හැඳින්වේ , එය ප්‍රංශ භෞතික විද්‍යාඥ ඇන්ඩ්‍රේ මාරි ඇම්පියර් (1775-1836) නමින් නම් කර ඇත. 1 ඇම්පියර් = 1 කූලෝම්බ් / තත්පර (1 A = 1 C / s). වෙනත් වචන වලින් කිවහොත්, ඇම්පියර් 1 ක විද්‍යුත් ධාරාවක් තත්පර 1 ක් සඳහා වයර් හරස්කඩ ප්‍රදේශයක් හරහා ගමන් කරන කූලෝම්බ් 1 ක විද්‍යුත් ආරෝපණයකට සමාන වේ. ඇම්පියර් වලින් ප්‍රකාශ කිරීමට අමතරව, විද්‍යුත් ධාරාව මිලිඇම්පියර් (1 mA = 10 -3 A), ක්ෂුද්‍රඇම්පියර් (1 μA = 10 -6 A), නැනෝඇම්පියර් (1 nA = 10 -9 A) හෝ පිකෝඇම්පියර් (1 pA = 10 -12 A) වලින් ද ප්‍රකාශ වේ.
උදාහරණ ප්‍රශ්නය 1:
ඇම්පියර් 2 ක ධාරාවක් තත්පර 8 ක් වයරයක් හරහා ගලා යයි. ලක්ෂ්‍යයක් හරහා ගමන් කරන ආරෝපණයේ විශාලත්වය සහ එම ආරෝපණයේ ඇති ඉලෙක්ට්‍රෝන ගණන තීරණය කරන්න!
සාකච්ඡා
දන්නා කරුණ නම්:
විද්‍යුත් ධාරාව (I) = 1 ඇම්පියර්
කාල පරතරය (t) = තත්පර 2
ඇසුවා: ආරෝපණය (Q) සහ ඉලෙක්ට්‍රෝන ගණන (e)
පිළිතුර :
විදුලි ධාරා සූත්‍රය:
I = Q/t
සූත්‍ර විස්තරය: I = විද්‍යුත් ධාරාව, Q = විද්‍යුත් ආරෝපණය, t = කාල පරතරය
විදුලි ආරෝපණය:
Q = I t = (ඇම්පියර් 2)(තත්පර 8) = කූලෝම් 16.
එක් ඉලෙක්ට්‍රෝනයක ආරෝපණය කූලෝම් 1,6 x 10 -19 ක් වන බැවින් කූලෝම් 16 ක ආරෝපණයක 16 C / 1,6 x 10 -19 කූලෝම් = 10 x 10 19 ඉලෙක්ට්‍රෝන තරම් ඉලෙක්ට්‍රෝන ප්‍රමාණයක් ඇත.
විද්‍යුත් ධාරාව, ප්ලාවිත ප්‍රවේගය සහ ධාරා ඝනත්වය
A හරස්කඩ ප්‍රදේශයක් සහිත සන්නායකයක විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයක් E දිශාවට ප්ලාවිත වේගය v සහිතව දකුණට චලනය වන ධන ආරෝපණයක් සලකා බලන්න. ධන ආරෝපණය t කාල පරතරයක් තුළ s = vt දුරක් ගමන් කරයි.
පරිමාවකට ආරෝපිත අංශු ගණන (ආරෝපිත අංශු ඝනත්වය) n නම් සහ සන්නායකයේ පරිමාව A s = A vt නම්, සන්නායක පරිමාවේ ආරෝපිත අංශු ගණන n A v t වේ. සෑම ආරෝපිත අංශුවකටම q ආරෝපණයක් තිබේ නම්, t කාල පරතරය තුළ සන්නායකයේ අවසානය හරහා ගමන් කරන ආරෝපණ ප්‍රමාණය Q = nq A v t වේ. එබැවින් සන්නායකයේ අවසානය හරහා ගලා යන විද්‍යුත් ධාරාව I = Q/t = nq A v වේ. හරස්කඩ ප්‍රදේශයකට ධාරාව ඝනත්වය හෝ ධාරාව J = I/A = nq v වේ. සන්නායකයේ ගලා යන ධාරාව ආරෝපිත අංශුවල ඝනත්වය (n), එක් එක් අංශුවේ ආරෝපණයේ විශාලත්වය (q), සන්නායකයේ හරස්කඩ ප්‍රදේශය (A) සහ ආරෝපිත අංශුවල ප්ලාවිත වේගය (v) ගුණ කිරීමේ ප්‍රතිඵලයක් බව නිගමනය කළ හැකිය.
එක් එක් ආරෝපිත අංශුවේ වේගය සහ සියලුම ආරෝපිත අංශුවල ප්ලාවිත වේගය අතර වෙනස තේරුම් ගැනීමට පහත උදාහරණ ගැටලුව අධ්‍යයනය කරන්න.
උදාහරණ ප්‍රශ්නය 2:
3 x 10 ක හරස්කඩ ප්‍රදේශයක් සහිත තඹ වයරයක ඇම්පියර් 10 ක නියත ධාරාවක් ගලා යයි.-6 m2නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන ඝනත්වය 8,4 x 10 වේ.28 ඉලෙක්ට්‍රෝන/මීටර්3නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන වල ප්ලාවිත වේගය තීරණය කරන්න!
සාකච්ඡා
දන්නා කරුණ නම්:
විද්‍යුත් ධාරාව (I) = 10 ඇම්පියර්
වයර් හරස්කඩ ප්‍රදේශය (A) = 3 x 10-6 m2
නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන ඝනත්වය (n) = 8,4 x 1028 m-3
ඉලෙක්ට්‍රෝන ආරෝපණය (q) = 1,6 x 10-19 C
ඇසුවා: නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන ප්ලාවිත වේගය (v)
පිළිතුර :
ඉලෙක්ට්‍රෝන වල වේගය ගණනය කරනු ලබන්නේ පෙර ව්‍යුත්පන්න සූත්‍රය භාවිතා කරමිනි:
විස්තරය: I = විද්‍යුත් ධාරාව, n = ආරෝපිත අංශුවල ඝනත්වය = නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝනවල ඝනත්වය, q = එක් ඉලෙක්ට්‍රෝනයක ආරෝපණය, A = සන්නායකයේ හරස්කඩ ප්‍රදේශය, v = ඉලෙක්ට්‍රෝන ප්ලාවිත වේගය
ඉලෙක්ට්‍රෝන ප්ලාවිත වේගය 0,248 x 10 -3 මීටර්/තත්පර = 0,248 මිලිමීටර්/තත්පර වේ.
නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන තත්පරයට මිලිමීටර් 0,248 ක වේගයකින් වයරයක් තුළ එකට ගමන් කරයි. වෙනත් වචන වලින් කිවහොත්, සෑම තත්පරයකම සියලුම නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන මිලිමීටර් 0,248 ක් චලනය වේ. මෙය ඉතා මන්දගාමී වේගයකි. නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන වල චලනය ඉතා මන්දගාමී නම්, ස්විචය ක්‍රියාත්මක කළ වහාම විදුලි ආලෝකයක් දැල්වෙන්නේ ඇයි?
මෙය තේරුම් ගැනීම සඳහා, සන්නායකයක ඉලෙක්ට්‍රෝන ප්‍රවාහය හෝස් එකක ජල ප්‍රවාහය ලෙස සලකන්න. හෝස් එක ජලයෙන් පිරී තිබේ නම්, හෝස් එකේ එක් කෙළවරක් කරාමයකට සම්බන්ධ කර ඇත්නම්, ජලය වහාම අනෙක් කෙළවරෙන් පිටතට ගලා යයි. ඒ හා සමානව, තඹ වයරයේ සහ විදුලි බුබුළු වයරයේ නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන ඇත. ස්විචය ක්‍රියාත්මක කළ විට, ආලෝකයේ වේගයට ළඟා වන වේගයකින් (ආලෝකයේ වේගය = 3 x 108 මීටර් / තත්පර) විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයක් ජනනය වන අතර එමඟින් නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන වහාම එකට ගමන් කිරීමට පටන් ගනී. ආලෝක බල්බ වයරයේ දැනටමත් නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන ඇත, එබැවින් ආලෝක බල්බය වහාම ක්‍රියාත්මක වේ.
