විදුලි ධාරාව පිළිබඳ අර්ථ දැක්වීම
තඹ වැනි සන්නායකයක, අහඹු ලෙස අධික වේගයෙන් නිදහසේ චලනය වන නමුත් ලෝහයෙන් ගැලවී නොයන ඉලෙක්ට්රෝන ඇත. නිදහසේ චලනය විය හැකි ඉලෙක්ට්රෝන නිදහස් ඉලෙක්ට්රෝන ලෙස හැඳින්වේ. ඉලෙක්ට්රෝන සෑම දිශාවකටම නිදහසේ චලනය වුවද, නිශ්චිත දිශාවකට ඉලෙක්ට්රෝනවල සම්පූර්ණ 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 වයරය තුළ විද්යුත් ක්ෂේත්රයක් දිස්වේ. විද්යුත් ක්ෂේත්රයක පැවැත්ම නිදහස් ඉලෙක්ට්රෝන F = q E = e E විද්යුත් බලය අත්විඳීමට හේතු වේ, එහිදී F = විද්යුත් බලය , e = ඉලෙක්ට්රෝන ආරෝපණය, E = විද්යුත් ක්ෂේත්රය . මෙම විද්යුත් බලය නිදහසේ චලනය වන සියලුම ඉලෙක්ට්රෝන එකට වේගවත් වීමට හේතු වන අතර එය විද්යුත් බලයට සමාන දිශාවකි.
තඹ වයරයේ රැඳී ඇති පරමාණු අතර එකට චලනය වන නිදහස් ඉලෙක්ට්රෝන පිහිටා ඇති අතර එමඟින් සියලුම ඉලෙක්ට්රෝන පරමාණු සමඟ ගැටේ. ගැටීමෙන් නිදහස් ඉලෙක්ට්රෝන දිශාව වෙනස් වේ. මෙම සියලුම ඉලෙක්ට්රෝන සෑම විටම විද්යුත් බලයක් අත්විඳින අතර එමඟින් සියලුම ඉලෙක්ට්රෝන විද්යුත් බලයේ දිශාවට සමාන දිශාවකට වේගවත් වේ. මොහොතකට චලනය වීමෙන් පසු, නිදහස් ඉලෙක්ට්රෝන තඹ වයරයේ පරමාණු සමඟ ගැටේ. නමුත් නිදහස් ඉලෙක්ට්රෝන සෑම විටම විද්යුත් බලයක් අත්විඳින අතර එමඟින් සියලුම ඉලෙක්ට්රෝන නැවත වේගවත් වේ. එබැවින් විවිධ දිශාවලට අහඹු ලෙස චලනය වීමට අමතරව, සියලුම නිදහස් ඉලෙක්ට්රෝන විද්යුත් බලයේ දිශාවට සහ විද්යුත් ක්ෂේත්රයට ප්රතිවිරුද්ධ දිශාවට සෙමින් එකට ගමන් කරයි. විද්යුත් ක්ෂේත්රයේ දිශාව ඉහළ විද්යුත් විභවයක සිට අඩු විද්යුත් විභවයකට වන අතර ඉලෙක්ට්රෝන අඩු විභවයක සිට ඉහළ විභවයකට ගමන් කරයි. සෑම නිදහස් ඉලෙක්ට්රෝනයකම අහඹු චලිතයට ඉතා වේගවත් වේගයක් ඇති අතර, විද්යුත් බලයේ දිශාවට නිදහස් ඉලෙක්ට්රෝන සහිත චලිතයට ඉතා මන්දගාමී වේගයක් ඇත. විද්යුත් බලයේ දිශාවට නිදහස් ඉලෙක්ට්රෝන සහිත මෙම චලිතය ප්ලාවිත වේගය ලෙසද හැඳින්වේ.
විදුලි ධාරාව යනු නිශ්චිත කාල පරතරයක් තුළ සන්නායකයක හරස්කඩක් හරහා විද්යුත් ආරෝපණ ප්රවාහය ලෙස අර්ථ දැක්වේ. ගිවිසුමට අනුව, විද්යුත් ධාරාවේ දිශාව ධන ආරෝපණයේ දිශාවට සමාන වේ. සන්නායකයක සැබවින්ම චලනය වන්නේ සෘණ ආරෝපිත නිදහස් ඉලෙක්ට්රෝන බව දැන ගැනීමට පෙර මෙම ගිවිසුම ඇති කර ගන්නා ලදී. සන්නායකයේ ඉලෙක්ට්රෝන චලනයේ දිශාව විද්යුත් ධාරාවේ දිශාවට ප්රතිවිරුද්ධ වේ. එබැවින් අපි සන්නායකයේ ගලා යන ධාරාව ගැන සාකච්ඡා කරන්නේ නම්, එයින් අදහස් කරන්නේ ධන ආරෝපණ ප්රවාහය වන අතර එය ගිවිසුමක ප්රතිඵලයක් වන බැවින් එය සාම්ප්රදායික ධාරාව ලෙසද හැඳින්වේ.
විද්යුත් ධාරාවේ සමීකරණය
ගණිතමය වශයෙන්, විද්යුත් ධාරාව සමීකරණය මගින් ප්රකාශ වේ:
I = Δ Q / Δt
I = විද්යුත් ධාරාව, ΔQ = විද්යුත් ආරෝපණ ප්රමාණය, Δt = කාල පරතරය.
විදුලි ධාරාවේ ඒකකය
විද්යුත් ආරෝපණ ඒකකය කූලෝම්බ් වන අතර, කාලයේ ඒකකය දෙවැන්න වන බැවින් විද්යුත් ධාරාවේ ඒකකය කූලෝම්බ්/තත්පර වේ. ප්රංශ භෞතික විද්යාඥ ඇන්ඩ්රේ මාරි ඇම්පියර් (1775-1836) ගේ නම කූලෝම්බ්/තත්පරය ඇම්පියර් ලෙසද හැඳින්වේ. 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 ධාරා මිලිඇම්පියර් (1 mA = 10 -3 A), ක්ෂුද්රඇම්පියර් (1 μA = 10 -6 A), නැනෝ ඇම්පියර් (1 nA = 10-9 A) හෝ පිකෝඇම්පියර් (1 pA = 10 -12 A) වලින් ද ප්රකාශ වේ.
නියැදි ගැටලුව 1:
තත්පර 8ක් පුරාවට වයරය හරහා ඇම්පියර් 2 ක ධාරාවක් ගලා යයි. ලක්ෂ්යයක් හරහා ගමන් කරන ආරෝපණ ප්රමාණය සහ එම ආරෝපණයේ ඇති ඉලෙක්ට්රෝන ගණන තීරණය කරන්න!
දන්නා:
විදුලි ධාරාව (I) = 1 ඇම්පියර්
කාල පරතරය (t) = තත්පර 2
අවශ්ය වන්නේ: ආරෝපණය (Q) සහ ඉලෙක්ට්රෝන ගණන (e)
විසඳුමක්:
විද්යුත් ධාරාවේ සමීකරණය:
I = Q/t
I = විද්යුත් ධාරාව, Q = විද්යුත් ආරෝපණය, t = කාල පරතරය
විදුලි ආරෝපණය:
Q = I t = (ඇම්පියර් 2)(තත්පර 8) = 16 සී.
එක් ඉලෙක්ට්රෝනයක ආරෝපණය 1.6 x 10 -19 කූලෝම්බ් වේ, එබැවින් කූලෝම්බ් 16 ක ආරෝපණයට 16 C / 1.6 x 10 -19 කූලෝම්බ් = 10 x 10 19 ඉලෙක්ට්රෝන තරම් ඉලෙක්ට්රෝන ඇත.
විද්යුත් ධාරාව, ප්ලාවිත වේගය සහ ධාරා ඝනත්වය
විද්යුත් ක්ෂේත්රය E දිශාවට v දිශාවට පාවෙන වේගයෙන් දකුණට චලනය වන ධන ආරෝපණය සමාලෝචනය කරන්න.
A හරස්කඩ ප්රදේශයක් ඇති සන්නායකයක් මත. t කාල පරතරය තුළ ධන ආරෝපණය s = vt දක්වා ගමන් කරයි.
පරිමාවකට ආරෝපිත අංශු ගණන (ආරෝපිත අංශුවල ඝනත්වය) n නම් සහ සන්නායකයේ පරිමාව A s = A vt නම්,
එවිට සන්නායකයේ පරිමාවේ ඇති ආරෝපිත අංශු ගණන n A v t වේ. සෑම ආරෝපිත අංශුවකටම q ආරෝපණයක් තිබේ නම්, t පරතරය තුළ සන්නායකයේ අවසානය හරහා ගමන් කරන ආරෝපණ ප්රමාණය Q = nq A v t වේ. එබැවින්, සන්නායකයේ කෙළවර හරහා ගලා යන විද්යුත් ධාරාව I = Q / t = nq A v වේ. හරස්කඩ ප්රදේශයකට ධාරා ඝනත්වය හෝ ධාරාව A J = I / A = nq v වේ.
සන්නායකයේ ගලා යන ධාරාව ආරෝපිත අංශුවල ඝනත්වයේ ගුණ කිරීමේ ප්රතිඵලයක් බව නිගමනය කළ හැකිය (n),
එක් එක් අංශුව සඳහා ආරෝපණ ප්රමාණය (q), සන්නායකයේ ප්රදේශය (A) සහ ආරෝපිත අංශුවල ප්රවේගය (v).
පහත උදාහරණ ප්රශ්න අධ්යයනය කරන්න.
නියැදි ගැටලුව 2:
3 x 10 -6 m 2 හරස්කඩ ප්රදේශයක් සහිත තඹ වයරයක ඇම්පියර් 10 ක නියත ධාරාවක් ගලා යයි . නිදහස් ඉලෙක්ට්රෝන ඝනත්වය 8.4 x 10 28 ඉලෙක්ට්රෝන/m 3 වේ . නිදහස් ඉලෙක්ට්රෝන ප්ලාවිතයේ වේගය තීරණය කරන්න!
දන්නා:
විදුලි ධාරාව (I) = 10 ඇම්පියර්
වයර් හරස්කඩ ප්රදේශය (A) = 3 x 10 -6 m 2
නිදහස් ඉලෙක්ට්රෝන ඝනත්වය (n) = 8.4 x 10 28 m -3
ඉලෙක්ට්රෝන ආරෝපණය (q) = 1.6 x 10 -19 C
අවශ්යයි: නිදහස් ඉලෙක්ට්රෝන ප්ලාවිතයේ වේගය (v)
විසඳුමක්:
ඉලෙක්ට්රෝනවල වේගය ගණනය කරනු ලබන්නේ පෙර ව්යුත්පන්න කරන ලද සූත්රයක් භාවිතා කරමිනි:
I = විද්යුත් ධාරාව, n = ආරෝපිත අංශු ඝනත්වය = ඉලෙක්ට්රෝන ඝනත්වය, q = එක් ඉලෙක්ට්රෝන ආරෝපණයක්, A = සන්නායකයේ හරස්කඩ ප්රදේශය, v = ඉලෙක්ට්රෝන ප්ලාවිතයේ ප්රවේගය
ඉලෙක්ට්රෝන ප්ලාවිතයේ වේගය 0.248 x 10 -3 මීටර්/තත්පර = 0.248 මිලිමීටර්/තත්පර වේ.
නිදහස් ඉලෙක්ට්රෝන තත්පරයට මිලිමීටර් 0.248 ක වේගයෙන් වයරයක් තුළ එකට ගමන් කරයි. වෙනත් වචන වලින් කිවහොත්, සෑම තත්පරයකම, සියලුම නිදහස් ඉලෙක්ට්රෝන මිලිමීටර් 0.248 ක් දක්වා ගමන් කරයි. මෙය ඉතා මන්දගාමී වේගයකි. නිදහස් ඉලෙක්ට්රෝන වල චලනය ඉතා මන්දගාමී නම්, ස්විචය ක්රියාත්මක කළ වහාම විදුලි ආලෝකය දැල්වෙන්නේ ඇයි?
මෙය තේරුම් ගැනීමට නම්, සොඬ නළය තුළ ඇති ජල ප්රවාහය මෙන් සන්නායකය තුළ ඉලෙක්ට්රෝන ගලා යයි. සොඬ නළය ජලයෙන් පිරී තිබේ නම්, සොඬ නළයේ එක් කෙළවරක් කරාමයට සම්බන්ධ කර ඇත්නම්, ජලය වහාම අනෙක් සොඬ නළයේ එක් කෙළවරකින් පිටතට ගලා යයි. එලෙසම, තඹ වයරයේ සහ විදුලි බුබුළු වයරයේ නිදහස් ඉලෙක්ට්රෝන ඇත. ස්විචය ක්රියාත්මක කළ විට, ආලෝකයේ වේගයට ළඟා වන වේගයකින් විද්යුත් ක්ෂේත්රයක් පැන නගී (ආලෝකයේ වේගය = 3 x 10 8 මීටර්/තත්පර), එමඟින් නිදහස් ඉලෙක්ට්රෝන ඒ මොහොතේ එකට චලනය වීමට පටන් ගනී. ආලෝක බල්බ වයරයේ දැනටමත් නිදහස් ඉලෙක්ට්රෝන ඇති බැවින් එම මොහොතේම ආලෝකය දැල්වෙයි.
ගැටළු සහ විසඳුම්
1. වයරයක මිනිත්තු 2ක් පුරාවට 10 A නියත ධාරාවක් පවතී. ඕනෑම ස්ථානයකදී සන්නායකය හරහා කොපමණ ආරෝපණ ප්රමාණයක් ගමන් කරයිද?
දන්නා:
විදුලි ධාරාව (I) = 10 A
කාල පරතරය (t) = මිනිත්තු 2 = තත්පර 2 x 60 = තත්පර 120
අවශ්යයි: භාර (ප්රශ්නය)
විසඳුම:
විද්යුත් ධාරාවේ සමීකරණය:
මම = q/t
I = විද්යුත් ධාරාව, q = විද්යුත් ආරෝපණය, t = කාල පරතරය
විදුලි ආරෝපණය:
Q = I t = (10)(120) = 1200 සී
2. 60 C ආරෝපණයක් පරිපථයේ ලක්ෂ්යයක් හරහා මිනිත්තු 5ක් ගමන් කරයි. විද්යුත් ධාරාව යනු කුමක්ද?
දන්නා:
කාල පරතරය (t) = මිනිත්තු 5 = තත්පර 5 x 60 = තත්පර 300
විද්යුත් ආරෝපණය (Q) = 60 C
අවශ්යයි: විද්යුත් ධාරාව (I)
විසඳුම:
විදුලි ධාරාව:
I = Q/t
I = 60/300
I = 0.2 කූලෝම්බ්/තත්පරය
I = 0.2 ඇම්පියර්
3. SI පද්ධතියේ විද්යුත් ධාරාවේ ඒකකය වන්නේ…
විසඳුමක්
කූලෝම්බ්/තත්පරය
කූලෝම්බ්/තත්පර, විශේෂ නමක් ලබා දී ඇත, ඇම්පියර්.
