Таърифи ҷараёни барқ
Дар дохили ноқил ба монанди мис, электронҳое ҳастанд, ки бо суръати баланд озодона ва тасодуфӣ ҳаракат мекунанд, аммо аз металл намегурезанд. Электронҳое, ки метавонанд озодона ҳаракат кунанд, электронҳои озод номида мешаванд. Гарчанде ки электронҳо дар ҳама самтҳо озодона ҳаракат мекунанд, ҷараёни софи электронҳо дар ягон самти мушаххас вуҷуд надорад. Ин ҳолат вақте рух медиҳад, ки байни ду нӯги сими мис фарқияти потенсиал вуҷуд надорад.
Вақте ки сим ба манбаи барқ пайваст карда мешавад, фарқи потенсиалҳо байни ду нӯги сими мисӣ ба вуҷуд меояд ва дар натиҷа дар сими мисӣ майдони электрикӣ ба вуҷуд меояд. Мавҷудияти майдони электрикӣ боиси он мегардад, ки электронҳои озод қувваи электрикиро эҳсос кунанд F = q E = e E, ки дар он F = қувваи электрикӣ, e = заряди электрон, E = майдони электрикӣ . Қувваи электрикӣ боиси он мегардад, ки ҳамаи электронҳои озод ҳаракаткунанда дар ҳамон самт шитоби умумӣ дошта бошанд, ки қувваи электрикӣ таъсир мерасонад.
Ин электронҳои озод, ки якҷоя ҳаракат мекунанд, дар байни атомҳои статсионарӣ дар сими мис ҷойгиранд, ки боиси бархӯрди ҳамаи электронҳо бо ин атомҳо мегардад. Ин бархӯрдҳо боиси тағйир додани самти ҳаракати электронҳои озод мегарданд. Ҳамаи ин электронҳо пайваста таҳти таъсири қувваи электрикӣ қарор мегиранд, ки боиси суръат гирифтани онҳо дар ҳамон самте мегардад, ки қувваи электрикӣ дорад. Пас аз як лаҳза ҳаракат кардан, электронҳои озод боз бо атомҳои сими мисӣ бархӯрд мекунанд. Аммо, электронҳои озод ҳамеша таҳти таъсири қувваи электрикӣ қарор мегиранд, ки боиси суръат гирифтани ҳамаи электронҳо аз нав мегардад.
Пас, илова бар ҳаракати тасодуфӣ дар самтҳои гуногун, ҳамаи электронҳои озод инчунин дар самти қувваи барқ ва дар самти муқобили майдони барқ оҳиста ҳаракат мекунанд. Самти майдони барқ аз потенсиали баланди барқ ба потенсиали пасти барқӣ аст, дар ҳоле ки электронҳо аз потенсиали паст ба потенсиали баланд ҳаракат мекунанд. Ҳаракати тасодуфии ҳар як электрони озод суръати хеле баланд дорад, дар ҳоле ки ҳаракати коллективии электронҳои озод дар самти қувваи барқ суръати хеле суст дорад. Ин ҳаракати коллективии электронҳои озод дар самти қувваи барқ инчунин суръати дрейф номида мешавад.
Ҷараёни барқӣ ҳамчун ҷараёни заряди барқӣ тавассути буриши арзии ноқил дар тӯли фосилаи муайяни вақт муайян карда мешавад. Мувофиқи қоида, самти ҷараёни барқӣ бо самти ҳаракати зарядҳои мусбат якхела аст. Ин созишнома пеш аз он ки маълум шавад, ки дар ноқил воқеан электронҳои озод ва заряди манфӣ ҳаракат мекунанд, баста шуда буд. Самти ҳаракати электронҳо дар ноқил муқобили самти ҷараёни барқӣ аст. Аз ин рӯ, ҳангоми муҳокимаи ҷараёни ҷараёни дар ноқилӣ, ҷараёни зарядҳои мусбат, ки онро ҷараёни анъанавӣ низ меноманд, дар назар дошта мешавад, зеро он натиҷаи ин мувофиқат аст.
Формулаи ҷараёни барқ
Аз ҷиҳати математикӣ, ҷараёни барқ бо муодилаи зерин ифода карда мешавад:
I = ΔQ / Δt
Тавсифи формула: I = ҷараёни барқӣ, ΔQ = миқдори заряди барқӣ, Δt = фосилаи вақт.
Воҳиди ҷараёни барқ
Воҳиди заряди электрикӣ Кулон, воҳиди вақт сония аст, аз ин рӯ воҳиди ҷараёни электрикӣ Кулон/сония аст. Кулон/сония инчунин Ампер номида мешавад , ки ба номи физики фаронсавӣ Андре Мари Ампер (1775-1836) номгузорӣ шудааст. 1 Ампер = 1 Кулон/сония (1 А = 1 Кл/с). Ба ибораи дигар, ҷараёни электрикии 1 Ампер ба заряди электрикии 1 Кулон, ки аз масоҳати буриши сим барои 1 сония мегузарад, баробар аст. Ғайр аз ифодаи он бо Ампер, ҷараёни электрикӣ инчунин бо миллиамперҳо (1 мА = 10 -3 А), микроамперҳо (1 мкА = 10 -6 А), наноамперҳо (1 нА = 10 -9 А) ё пикоамперҳо (1 пА = 10 -12 А) ифода карда мешавад.
Намунаи саволи 1:
Ҷараёни 2 Ампер аз сим ба муддати 8 сония мегузарад. Бузургии заряди аз нуқта мегузарад ва шумораи электронҳоро дар он заряд муайян кунед!
Пембахасан
Маълум аст, ки:
Ҷараёни барқӣ (I) = 1 Ампер
Фосилаи вақт (t) = 2 сония
Пурсида шуд: заряд (Q) ва шумораи электронҳо (e)
Ҷавоб:
Формулаи ҷараёни барқ:
I = Q/t
Тавсифи формула: I = ҷараёни барқӣ, Q = заряди барқӣ, t = фосилаи вақт
Заряди барқ:
Q = I t = (2 Ампер)(8 сония) = 16 Кулон.
Заряди як электрон 1,6 x 10 -19 Кулон аст, бинобар ин заряди 16 Кулон ба миқдори 16 C / 1,6 x 10 -19 Кулон = 10 x 10 19 электрон дорад.
Ҷараёни барқ, суръати дрейф ва зичии ҷараён
Тасаввур кунед, ки заряди мусбат бо суръати v ба самти майдони электрикӣ E дар ноқиле бо масоҳати буриши арзии A ба тарафи рост ҳаракат мекунад. Заряди мусбат дар фосилаи вақти t масофаи s = vt-ро ҳаракат медиҳад.
Агар шумораи зарраҳои заряднок дар як ҳаҷм (зичии зарраҳои заряднок) n ва ҳаҷми ноқил A s = A vt бошад, пас шумораи зарраҳои заряднок дар ҳаҷми ноқил n A v t аст. Агар ҳар як зарраи заряднок заряди q дошта бошад, пас миқдори заряде, ки аз нӯги ноқил дар фосилаи вақти t мегузарад, Q = nq A v t аст. Пас, ҷараёни электрикие, ки аз нӯги ноқил мегузарад, I = Q/t = nq A v аст. Дар ҳоле ки зичии ҷараён ё ҷараён дар як масоҳати буриши A J = I/A = nq v аст. Хулоса кардан мумкин аст, ки ҷараёни дар ноқил ҷорӣшуда натиҷаи зарби зичии зарраҳои заряднок (n), бузургии заряди ҳар як зарра (q), масоҳати буриши ноқил (A) ва суръати дрейфи зарраҳои заряднок (v) мебошад.
Барои фаҳмидани фарқи байни суръати ҳар як зарраи заряднок ва суръати ҳаракати ҳамаи зарраҳои заряднок, масъалаи мисолии зеринро омӯзед.
Намунаи саволи 2:
Ҷараёни доимии 10 Ампер дар сими мисӣ бо масоҳати буриши 3 x 10 ҷараён мегирад-6 m2Зичии электронҳои озод 8,4 x 10 аст28 электрон/м3Суръати дрейфи электронҳои озодро муайян кунед!
Пембахасан
Маълум аст, ки:
Ҷараёни барқӣ (I) = 10 Ампер
Масоҳати буриши сим (A) = 3 x 10-6 m2
Зичии электронҳои озод (n) = 8,4 x 1028 m-3
Заряди электрон (q) = 1,6 x 10-19 C
Пурсида шуд: Суръати дрейфи электронҳои озод (v)
Ҷавоб:
Суръати электронҳо бо истифода аз формулаи қаблан гирифташуда ҳисоб карда мешавад:
Тавсиф: I = ҷараёни барқӣ, n = зичии зарраҳои заряднок = зичии электронҳои озод, q = заряди як электрон, A = масоҳати буриши арзии ноқил, v = суръати дрейфи электрон
Суръати дрейфи электрон 0,248 x 10 -3 метр/сония = 0,248 миллиметр/сония аст.
Электронҳои озод дар сим бо суръати 0,248 миллиметр дар як сония якҷоя ҳаракат мекунанд. Ба ибораи дигар, дар ҳар сония ҳамаи электронҳои озод 0,248 миллиметр ҳаракат мекунанд. Ин суръати хеле суст аст. Агар ҳаракати электронҳои озод ин қадар суст бошад, чаро чароғи барқӣ пас аз фурӯзон кардани калид фавран фурӯзон мешавад?
Барои фаҳмидани ин, ҷараёни электронҳоро дар ноқил ҳамчун ҷараёни об дар шланг баррасӣ кунед. Агар шланг бо об пур карда шавад, пас агар як нӯги шланг ба кран пайваст бошад, об фавран аз нӯги дигар ҷорӣ мешавад. Ба ҳамин монанд, дар сими мисӣ ва сими лампаи барқӣ электронҳои озод мавҷуданд. Вақте ки калид фаъол аст, майдони электрикӣ бо суръате ба суръати рӯшноӣ наздик мешавад (суръати рӯшноӣ = 3 x 108 метр / сония), ки боиси фавран ба ҳам ҳаракат кардани электронҳои озод мегардад, ба вуҷуд меояд. Дар сими лампаи барқӣ аллакай электронҳои озод мавҷуданд, аз ин рӯ лампаи барқӣ фавран фурӯзон мешавад.
