Jeneratördeki elektronlar ışık hızında mı akıyor?
Maddenin tüm temel birimlerinin atom olduğunu, yani atomlardan oluştuğunu ve atomların çekirdek ve çekirdek dışı elektronlardan oluştuğunu biliyoruz.
Bu anlamda elektronlar her maddede mevcuttur.
Bununla birlikte, ahşap ve plastik gibi bazı malzemeler elektrik iletemez. Bu neden?
Çünkü maddeler iletken maddeler ve iletken olmayan maddeler, yani iletkenler ve iletken olmayanlar olarak ikiye ayrılır.
İletken, direnci küçük ve iletimi kolay olan bir maddeyi ifade eder.Metal en yaygın iletkendir. Bunun nedeni, metal atomlarının en dış tabakasındaki değerlik elektronlarının çekirdekten kolayca koparak serbest elektron haline gelebilmesidir.Bu serbest elektronların metaldeki konsantrasyonu büyük ve iletkenliği yüksektir.
Metal ve grafitte serbest elektronların konsantrasyonu 10 ^ 22 / cm reaches'e ulaşır, bu nedenle direnç çok küçüktür, sadece yaklaşık 10 ^ 18 · m ve iletkenlik çok büyüktür.
Bu nedenle, jeneratör ve onun güç iletim telleri tüm malzemeleri taşıyamaz, sadece metal grafit bu görevi yapabilir.
Metalin içinde serbestçe hareket edebilen yüklü parçacıklara taşıyıcılar denir Dış bir elektrik alanın etkisi altında, belirgin bir akım oluşturmak için yönlü bir yönde hareket ederler.
İnsanoğlunun "elektrik" keşfi.
"Elektrik" çok büyülü bir şeydir, "elektrik" ile ilgili ilk insan anlayışı yıldırımdır.
Eski zamanlarda insanlar şimşek hakkında merak doluydu.Çin mitolojisinde gök gürültüsü baba ve elektrikli anne efsaneleri vardı ve bu gizemli ve devasa güce hayran kalmışlardı.
Antik Yunanistan, eski Hindistan ve Arabistan'ın hepsinin bu fenomenle ilgili bazı çalışmaları var, ancak hepsi kültürel düzeyde kalıyor. İngiltere Kraliçesi Elizabeth'in Kraliyet Doktoru William Gilbert, bilimsel araştırma alanına "elektriği" koydu ve elektromanyetikte bazı ön keşiflere başladı. Onun bıraktığı "Manyetizma Üzerine" kitabı, elektromanyetik teoriyi içeren en eski bilimsel çalışma olarak kabul edilir.
1752'de Benjamin Franklin, yıldırımı tetiklemek için bir uçurtma kullandı, yıldırımın bir elektrik fenomeni olduğunu kanıtladı ve daha sonra yükün korunumu yasasını keşfetti. Elektromanyetik araştırma resmi olarak bilimsel yolda.
Daha sonra birçok bilim insanı, Coulomb yasası, voltaik yığın (volt), amper vb. Gibi elektriğin bazı özelliklerini keşfetti. Bu keşifler, bilim adamlarının isimleriyle anılıyor ve bugün hala kullanılıyor.
1831'de İngiliz fizikçi ve kimyager Michael Faraday, manyetizma ve elektrik arasındaki ara bağlantı ve dönüşüm ilişkisini keşfetti.Manyetik alanın değişimi elektrik alanı oluşturdu ve elektromanyetik indüksiyon ve indüklenen akımı keşfetti.
Henüz ilkokula giden ve çok çalışarak kendi kendini yetiştiren bu büyük bilim adamı, dünyayı değiştiren ve insanlığın karanlıktan ışığa geçmesine izin veren elektrik alan teorisinde önemli bir atılım yaptı.
1865'te, Faraday'ın araştırmasına dayanan büyük bilim adamı James Maxwell, elektromanyetiği entegre etti, Maxwell denklemlerini ortaya koydu ve elektromanyetik dalga denklemini türetti. Hesaplanan elektromanyetik dalga hızı, ışık hızına eşittir, bu nedenle ışık dalgalarının elektromanyetik dalgalar olduğunu cesurca tahmin etti. .
Maxwell elektriği, manyetizmayı ve optiği bir teoriye entegre etti.O zamandan beri optoelektronik araştırmaları gelişti.Çok sayıda bilim adamının keşifleri ve icatları tüm dünya medeniyetinin yönünü tamamen değiştirdi.
Şimdi elektriğin nasıl gönderildiğinden bahsedelim.
Elektromanyetik teori bize, bir iletkenin manyetik kuvvet çizgilerini kestiğinde bir elektrik akımı oluştuğunu söyler.
Elektromanyetik indüksiyon olgusunun iki koşulu vardır: 1. Kapalı devre, 2. Kapalı devreden geçen manyetik akı değişir.
İkisi vazgeçilmezdir.
Faraday, keşfettiği bu teoriye dayanarak insanlıktaki ilk disk üretecini icat etti.
İki kesme yöntemi vardır, biri iletkenin kapalı olması, iletkenin hareket etmemesi ve iletken döngüden geçen manyetik akının değişmesi; diğeri ise manyetik alanın değişmeden kalması ve iletkenin manyetik alana göre hareket etmesidir. Bu değişikliklerin her ikisi de akım elde etmek için manyetik kuvvet çizgilerinin kesilmesiyle elde edilir.
Jeneratör ikinci akım alma yöntemine göre çalıştırılır. Jeneratör, bir stator ve bir rotordan oluşur Statorda bir manyetik alan oluşturulur ve rotor, manyetik kuvvet hatlarını kesmek için stator içinde döner, böylece bir akım oluşturmak için terminalden çekilen ve döngüye bağlanan indüklenmiş bir potansiyel farkı oluşturur.
Potansiyel fark, akımın basınç farkıdır ve popüler terimlerle voltajdır.
Kapalı bir devrede, pozitif ve negatif elektrotlar bir potansiyel farkı oluşturduğundan, yükler her iki uçtan da akacaktır.
Potansiyel farkın tanımı (voltaj farkı):
Q yükü elektrik alanında A noktasından B noktasına hareket eder.Elektrik alan kuvveti WAB tarafından yapılan işin q yük miktarına oranına iki nokta AB arasındaki potansiyel fark denir (iki nokta AB arasındaki potansiyel fark, aynı zamanda potansiyel fark olarak da adlandırılır) , UAB'de ifade edilen bir formül vardır:
WAB = WAB / q
Formülde, WAB, elektrik alan kuvveti tarafından yapılan iştir ve q, yük miktarıdır.
Kapalı devre N dönüşlü bir bobin ise, elektromotor kuvvet enerjisi aşağıdaki formülle ifade edilebilir: = N * / t (t 0)
Formülde, induc indüklenen elektromotor kuvvettir, birim V'dir (volt, volt olarak adlandırılır); N, bobinin dönüş sayısıdır, , Wb (Weber) cinsinden manyetik akıdaki değişimdir, t, s (saniye) cinsinden değişim zamanıdır. ).
Lütfen güç üretimi için iki gerekli koşulun "kapalı devre" ve "manyetik akı değişimi" olduğuna dikkat edin.
Bunlar en önemli iki nokta.
Önce "kapalı devre" den bahsedeyim.
Bu "yakın" olmadan hiçbir çağrı gönderilemez. Yani, jeneratörün ürettiği elektriğin, iletkenden geçerek jeneratöre dönmesi için bir döngüye sahip olması, kapalı bir döngü oluşturması ve ardından akımın oluşması demektir.
Burada bahsedilen iletken, daha önce bahsedilen metal teldir ve güç üretimi, elektromanyetik indüksiyonla tele sürülen serbest elektronların akışıdır. Jeneratör güç üretimi, jeneratör tarafından üretilen elektrik alanıdır ve akım tel boyunca dolaştırılır.
Bu aynı zamanda elektrikli aletleri bağladığımızda, canlı kabloyu ve nötr kabloyu bağlamamız gerekir Canlı kablo, üzerinden akan elektriktir ve nötr kablo, jeneratöre geri dönen döngüdür.
Bu pillerle bile geçerlidir.
Elektronların akışı gerçekten çok uzağa akmaz, ancak birer birer "röle yarışında" akımı birer birer geçirir ve ardından döngüden jeneratöre geri döner.
Bu nedenle, jeneratör elektronları kendi içinde dışarı atmaz ve sonsuz akış sorunu yoktur.
Peki manyetik akıdaki değişim nedir?
Manyetik akı, manyetik alanların dağılımını temsil eden fiziksel bir niceliktir.
B manyetik indüksiyon yoğunluğuna sahip tek tip bir manyetik alanda, manyetik alanın yönüne dik olan bir S alanına sahip bir düzlem olduğunu varsayalım.Manyetik indüksiyon yoğunluğu B ve S alanının ürününe, bu düzlemden geçen manyetik akı olarak adlandırılır, manyetik akı (Manyetik Akı). Skaler, "" sembolü.
= BS, uygulanabilir koşullar B ve S'dir
Manyetik alan düzleme dik olmadığında manyetik akı hesaplama formülü
Düzlem dikeydir. Şekilde görüldüğü gibi, S ve B'nin düşey düzlemleri arasında bir açısı olduğunda, = B · S · cos.
Layman'ın terimleriyle, kapalı devreye sahip bir tel manyetik kuvvet çizgilerini kestiğinde, manyetik akı değişir ve manyetik akı değişiklikleri potansiyel bir fark üretir.
Bunun nedeni, kapalı devrede iletkenin bir kısmının manyetik bir alandaki manyetik indüksiyon hattını kesmesi durumunda, iletkendeki elektronların Lorentz kuvvetini almasıdır.Lorentz kuvveti elektrostatik olmayan bir kuvvet olup, elektrik potansiyeli farkına neden olabilir ve bir akım oluşturabilir.
Elektrik potansiyeli farkı, iletkenin iki ucuna ışık hızında ulaşan, elektronları yönlü bir yönde hareket ettiren ve akım sağlayan bir elektrik alanı oluşturur.
Peki elektrik akımı ve ışığın hızına ne oluyor?
Jeneratörün kapalı devresini oluşturan elektrik potansiyel enerjisi oluştuktan sonra, bir elektrik alanında ışık hızında telin iki ucuna ulaşır ve ışık hızında akım akışını başlatır, böylece mevcut hız ışık hızına eşittir.
Bir su musluğu da hayal edebiliyoruz, musluk açıldığında su akacaktır. Ancak bu su sadece su tesisinden akmakla kalmadı, su borusunda da birikti.
Aynı şey iletkenler için de geçerlidir Elektromanyetik alan göründüğünde, telde biriken elektronlar akımı geçmeye başlar. Tabii ki, elektromanyetik alanın iletim hızı ışığın hızıdır, musluk suyu yalnızca mekanik kuvvetin hızıdır ve su basıncının iletim hızı sudaki sesin hızıdır, saniyede 1500 metre.
Elektrik alanın, kullanıcıya ışık hızında ulaşmak için doğrudan "kaydırarak" jeneratör tarafından yayılan elektronlardan ziyade, kullanıcıya ışık hızında ulaştığı veya elektronların kullanıcıya bu kadar hızlı ulaştığı bir "röle yarışında" söylendiğine dikkat edin.
Elektrik alan ışık hızıyla başladığında, elektrik alanındaki elektronlar rüzgar tarafından hareket ettirilecek ve akımın transferi başlayacaktır.Işık hızı içinde tüm elektronlar aynı anda başlayacak ve elektron transferi ışık hızına ulaşmış gibi hissedecektir.
Aslında, elektronların yönlü akışı çok yavaştır, sadece saniyede 0,1 milimetre, bu da kaplumbağa hızından daha yavaştır.
Ancak elektrik alanında, ışık hızının belli bir aralığında anında başlar.
Teorik olarak, elektromanyetik dalgaların iletimi sırasında elektronların gerçekte hareket etmediğini, tüm döngüde bir matris oluşturduğunu anlayabiliriz.Bu matrisin potansiyel farkından dolayı belirli bir yönü vardır, yani yönsel hareket. Bu hareket, aslında akımın tek yönde iletildiği orijinal pozisyondaki bir titreşimdir.
Elektrik alanı nedir?
Elektrik alan özel bir maddedir, molekül veya atomlardan oluşmaz, ancak elektrik yükünü çevreleyen boşlukta yani değişen manyetik alanda objektif olarak var olur, özel bir maddedir.Bu madde enerji ve kuvvet özelliklerine sahiptir.
Elektrik alan, içine yerleştirilen yükler üzerinde çalışır ve bu kuvvete elektrik alan kuvveti denir.
Elektrik alan kuvvetini hesaplamak için formül: F = qE
F nokta yük üzerindeki elektrik alanın kuvveti olduğunda, q nokta yükün yükü ve E alan kuvvetidir.
Bir elektrik alanın yayılma hızı, bir boşluktaki ışığın hızı ile ilgilidir.Elektriğin yayılma hızı aslında elektronların hızına değil, elektrik alanın hızına atıfta bulunur.Bazıları bu hıza elektrik sinyali der.
"Elektrik" yayılma süreci şu şekildedir: devre bağlanmadan önce, metal telin her yerinde serbest elektronlar olmasına rağmen, telde elektrik alanı olmadığından, serbest elektronlar, yönlü hareket olmadan yalnızca düzensiz termal hareket gerçekleştirecek ve telde herhangi bir yön hareketi olmayacaktır. Bir akım oluştuğunda, telin tamamı elektrostatik bir denge durumundadır.
Devre açıldığında, elektrik alan, alan kaynağı değişim bilgisini ışık hızında anında iletir, böylece elektrik alanı devre boyunca tellerde hızlı bir şekilde kurulur.Elektrik alanı, ışık hızının kapladığı serbest elektronları anında yönlendirerek bir elektrik akımı oluşturan yönlü bir sürüklenme hareketi yapar.
Bu nedenle, bir güç kaynağından gelen akım, anahtar herhangi bir yönde açıldığı sürece hemen hemen aynı anda enerjilendirilebilir.
Elektrik alanı, iletkenin iki ucu arasındaki potansiyel fark nedeniyle, yani voltaj ve güç kaynağının işlevi, iletken boyunca voltajı korumaktır, böylece akımın sürekliliğini sağlamak için devrede sürekli bir elektrik alan kuvveti vardır.
Hem jeneratörler hem de piller bu tür bir güç kaynağına sahiptir.
Gerçek hayatta tüm elektriğin jeneratörden son kullanıcıya doğrudan iletilmesi söz konusu değildir.Farklı kullanıcı ihtiyaçlarına göre ve hat kaybını azaltmak için gerilim dönüşümü, basınç artışı ve basınç düşürme işlemlerinden de geçmesi gerekir.
Sonuç: Akım, jeneratördeki elektronların dışarı akışı değil, iletkendeki serbest elektronların yönsel olarak hareket etmesini sağlayan elektrik alan kuvvetidir ve elektronlar yalnızca bir "taşıyıcı" rolü oynar ve bu "taşıyıcı" enerjiyi titreşimler yoluyla yalnızca ileri geri aktarır. Kapalı döngü hareketinde önemli bir hareket yoktur; elektrik alanı var olduğu sürece, "elektronlar" asla dışarı akmayacaktır.
Elektrik akımı, elektronların ne kadar hızlı hareket ettiğine değil, ışık hızına ulaşır, ancak elektrik alan transfer hızı ışık hızına ulaşır ve elektrik alan kuvveti, akımı ışık hızına ulaşması için yönlendirir.
Okuduğunuz ve hoş geldiniz tartışma için teşekkürler.
Zaman-uzay iletişimi orijinal telif hakkı, ihlal ve intihal etik olmayan davranışlardır, lütfen anlayın ve işbirliği yapın.
