برقی جریان څه شی دی؟ لومړی په یاد ولرئ، د اوسني تعریف څه شی دی چې موږ زده کړل؟

په ساده ډول، په کنډکټر کې د چارج شوي ذراتو سمت حرکت یو بریښنایی جریان دی.

یوازې هغه وخت چې یو ماده چارج شوي ذرات ولري چې کولی شي په آزاده توګه حرکت وکړي، دا کولی شي بریښنایی جریان انتقال کړي – دا دی، بریښنا ترسره کوي. دا چارج شوي ذرات چې په جریان کې برخه اخلي د کیریر په نوم یادیږي. د فلزاتو لپاره، د بیلګې په توګه، یوازې د اتومونو بهرنی الکترون کولی شي د کیریر په توګه عمل وکړي.

د بریښنایی جریان په تعریف کې د “مستقیم حرکت” ډیری وختونه غلط فهم کیږي. ډیری خلک فکر کوي چې دا د یو ځانګړي لوري سره حرکت ته اشاره کوي، البته نه! ایا د AC په سرکټ کې د الکترونونو حرکت سمت نه بدلیږي؟

په حقیقت کې، اورینټیرینګ د “تصادفي حرکت” سره تړاو لري!

څرنګه چې الکترونونه مایکروسکوپیک ذرات دي، دوی باید هر وخت په حرارتي حرکت کې وي. حرارتي حرکت یو تصادفي حرکت دی، لکه څنګه چې په لاندې انځور کې ښودل شوي.

دا حرکت په حقیقت کې خورا چټک دی. د مثال په توګه، په فلزاتو کې د خونې د حرارت درجه، د بریښنایی تودوخې حرکت سرعت په هره ثانیه کې د سلګونو کیلومترو په ترتیب کې دی!

که تاسو دې تصادفي حرکت ته نږدې وګورئ نو تاسو به ومومئ چې د هرې ذرې د حرکت لوري په هره شیبه کې تصادفي وي. که تاسو د دې ذراتو سرعت ویکتورونه اضافه کړئ، پایله تقریبا صفر ده.

اوس کنډکټر ته بریښنایی ساحه اضافه کړئ ، او الیکټران د تصادفي حرکت پراساس یو سمت حرکت کوي. فرض کړئ چې برقی ساحه د یوې ټاکلې مودې لپاره کیڼ اړخ ته وي، د الکترون حرکت په لاندې ډول ښکاري. سور بالونه د کرسټال په جال کې د فلزي اتومونو استازیتوب کوي، او ګړندی حرکت کونکي نقطې د وړیا الکترون استازیتوب کوي.

ایا دا چټک ښکاري؟ دا ځکه چې بریښنایی حرکت واقعیا ګړندی دی! مګر په حقیقت کې، تصادفي حرکت، کوم چې د دې لوی تناسب حساب کوي، د اوسني سره مرسته نه کوي. کله چې تصادفي حرکت له منځه یوړل شي، پاتې نور د لاندې سست لید په څیر دي.

په حقیقت کې، د الکترون سمتي حرکت د حرارتي حرکت سرعت په پرتله خورا ورو دی. د الکترونونو دا “پیس” حرکت د ډریفټ یا “ډریفټ” په نوم یادیږي. ځینې ​​​​وختونه، برقیان به د اتومونو سره د ټکر له امله مخالف لوري ته ځي. مګر په عموم کې، برقیان په یو لوري حرکت کوي.

که چیرې بریښنایی ساحه سمت بدل کړي، د الکترون ډریف سمت به هم بدل شي.

له همدې امله، دا ډول سمتي حرکت پدې معنی دی چې د ټولو الکترونونو سرعت چې په یو ټاکلي وخت کې په جریان کې برخه اخلي صفر نه وي، مګر عموما په یو مشخص لوري کې وي. دا سمت هر وخت بدلیدلی شي، او دا د بدیل جریان قضیه ده.

له همدې امله، اوسنی د بریښنایی چارج “مستقیم حرکت” نه دی لکه څنګه چې دا د بریښنایی چارج “ټولنیز حرکت” دی.

په کنډکټر کې د جریان شدت د اوسني شدت لخوا څرګندیږي. اوسنی شدت د بریښنا مقدار په توګه تعریف شوی چې د یو واحد وخت کې د کنډکټر د کراس برخې څخه تیریږي، یعنې

موږ ځینې فزیکي مقدارونه زده کړل چې د “شدت” کلمه لري لکه د بریښنایی ساحې شدت او مقناطیسي انډکشن شدت. دوی عموما د هر واحد وخت، واحد ساحه (یا د واحد حجم، د واحد جامد زاویه) استازیتوب کوي. په هرصورت، په اوسني شدت کې د “شدت” کلمه د سیمې اوسنی ویش منعکس نه کوي.

په حقیقت کې، یو بل فزیکي مقدار په ساحه کې د اوسني ویش لپاره مسؤل دی، کوم چې د اوسني کثافت دی.

څرنګه چې د بریښنایی جریان جوهر د بریښنایی چارج سمتي حرکت دی ، نو د اوسني شدت او د حرکت سرعت ترمینځ باید یو مشخص اړیکه شتون ولري!

د دې اړیکې د ترلاسه کولو لپاره، موږ باید لومړی د مفهوم – کیریر غلظت روښانه کړو، دا د یو واحد حجم کې د کیریرونو شمیر دی، کوم چې د  لخوا څرګند شوی.

داسې انګیرل کیږي چې د کنډکټر کراس برخه ده، د کیریر غلظت دی، د حرکت سرعت دی، او چارج شوی چارج دی.

بیا د سطحې کیڼ اړخ ته په کنډکټر کې چارج دی، او دا چارجونه به د یوې ټاکلې مودې په اوږدو کې د سطحې څخه تیریږي، نو

دا د اوسني شدت یو مایکروسکوپیک بیان دی.

د اوسني کثافت په ساحه کې د جریان ویش دی، نو د اوسني کثافت شدت دی، مګر دا د ویکتور په توګه تعریف شوی، او سمت د مثبت چارج شوي کیریرونو د ډریف سرعت ویکتور سمت دی، نو په دې توګه د برقیانو جریان فلزي د دې سرعت څخه ترلاسه کیدی شي، د لاندې مثال په توګه.

د مسو تار په پام کې ونیسئ، فرض کړئ چې د مسو هر اتوم د کیریر په توګه یو الکترون مرسته کوي. د مسو 1 مول لري، حجم یې دی، دالر ډله ده، کثافت دی، بیا د مسو تار کیریر غلظت دی

د ایوګاډرو ثابت چیرته دی. د مسو کثافت موندل کیږي، او د ځای په ځای کولو سره ترلاسه شوي ارزښت د واحد/مکعب متر په اړه دی.

فرض کړئ چې د مسو تار شعاع 0.8mm ده، اوسنی جریان 15A = 1.6 C دی، او د الکترونونو د حرکت سرعت په توګه محاسبه کیږي.

دا لیدل کیدی شي چې د برقیانو د حرکت سرعت په حقیقت کې خورا کوچنی دی.

د هغو کسانو لپاره چې سرکټونه مطالعه کوي، پورته د اوسني بشپړ تعریف دی.

مګر په فزیک کې، د اوسني پورته تعریف په حقیقت کې یوازې یو محدود تعریف دی. تر هغه چې د بریښنایی چارجونو حرکت روان وي ډیر عمومي جریانونه په کنډکټرونو پورې محدود ندي. د مثال په توګه، کله چې د هایدروجن اتوم الکترون د نیوکلیوس شاوخوا حرکت کوي، د هغې په مدار کې بریښنایی جریان رامینځته کیږي.

فرض کړئ چې د بریښنایی چارج اندازه ده او د حرکت موده ده. بیا هرکله چې تیریږي ، د لوپ له هرې کراس برخې څخه د چارج دومره لوی مقدار تیریږي ، نو د اوسني شدت د دورې ، فریکونسۍ او زاویه سرعت ترمینځ د اړیکو پراساس دی ، او جریان هم په توګه څرګند کیدی شي.

د بل مثال په توګه، یو چارج شوی فلزي ډیسک، د خپل محور په شاوخوا کې ګرځي، هم د مختلف شعاعو سره لوپ جریان جوړوي.

دا ډول جریان نورمال جریان نه دی او نشي کولی جول تودوخه تولید کړي! نشي کولی یو ریښتینی سرکټ جوړ کړي.

که نه نو، ایا تاسو ما ته حساب راکړئ چې د هایدروجن اتوم د الکترونونو لخوا په یوه ثانیه کې څومره جول تودوخه تولید کیږي؟

په حقیقت کې، په خلا کې اوسنی د اوم قانون نه پوره کوي. ځکه چې په خلا کې د چارج شوي ذراتو د حرکت په واسطه رامینځته شوي بریښنایی جریان لپاره، کیریرونه په فلز کې د جال په څیر نه ټکر کیږي، نو دا خلا هیڅ مقاومت نلري او هیڅ چلن نلري.

د بریښنایی چارجونو حرکت بریښنایی جریان رامینځته کوي ، او بریښنایی چارج پخپله بریښنایی ساحه هڅوي. دا د غلط فهمۍ لامل کول اسانه دي. له همدې امله ډیری خلک فکر کوي چې د چارج شوي ذرات بریښنایی ساحه چې بریښنایی جریان رامینځته کوي باید افشا شي. مګر په حقیقت کې ، په عمومي کنډکټر کې د جریان جریان لپاره ، کیریر په شالید کې جریان کوي ​​چې د لوی شمیر مثبت چارج شوي فلزي ایونونو څخه جوړ شوی ، او کنډکټر پخپله بې طرفه دی!

موږ ډیری وختونه دا ډول ځانګړي جریان ته “مساوي جریان” وایو. دلته مساوي معنی دا ده چې دا د عادي جریان په څیر مقناطیسي ساحه رامینځته کوي!

یادونه: دلته د “مساوي جریان” د سرکټ تحلیل کې د “مساوي سرکټ” سره ګډوډ مه کوئ

په حقیقت کې، کله چې موږ لومړی مقناطیسي ساحه مطالعه کړه، د بایوټ-سفار په قانون کې برقی جریان عمومي شوی بریښنایی جریان و چې دا مساوي جریان لري. البته، د میکسویل په معادلو کې د جریان جریان هم عمومي شوي جریان ته اشاره کوي.

هغه څوک چې د فوتو الیکټریک اثر مطالعه کوي پوهیږي چې کله فوټو الیکټران له کیتوډ څخه انود ته تیریږي ، که چیرې د هوا اغیز له پامه غورځول شي ، نو دا جریان په خلا کې د بریښنایی چارجونو حرکت له امله رامینځته کیږي ، او هیڅ مقاومت نلري. د اوهم د قانون له مخې محدود نه دی.

نو، ایا دا په فزیک کې د برقی جریان په اړه یوازینی شی دی؟

نه! دوه ډوله هم شتون لري، یعنې مقناطیسي جریان او بې ځایه کیدونکي جریان.

دا دوه مساوي جریانونه هم دي، کوم چې لکه څنګه چې نوم وړاندیز کوي، د مقناطیسيزم تشریح کولو لپاره هم معرفي شوي. په بل عبارت، دوی د اوسني “چارج حرکت” بنسټیز ځانګړتیا څخه جلا شوي دي!

حیرانوونکی دی! د بریښنایی چارج حرکت شتون نلري، نو ولې ورته بریښنایی جریان ویل کیدی شي؟

اندیښنه مه کوه، او ما ته ورو غوږ شه.

راځئ لومړی د مقناطیسي جریان وګورو.

دا وموندل شوه چې مقناطیس د بریښنا د حرکت له امله رامینځته کیږي (د اوس لپاره د سپن داخلي ملکیتونو لخوا د مقناطیسي توضیحاتو په پام کې نیولو سره). د طبیعی مقناطیسیزم تشریح کولو لپاره، فرانسوی فزیک پوه امپیر د “مالکولر گردش” فرضیه وړاندې کړه.

لکه څنګه چې په لاندې شکل کې ښودل شوي، هر اتوم یا مالیکول د مرکز په شاوخوا کې د بریښنایی چارج په توګه ګڼل کیدی شي، یو کوچنی لوپ کرنټ جوړوي، دا د “مالکولر گردش” دی.

د قانون له مخې چې بریښنایی جریان مقناطیسي ساحه هڅوي ، دا مالیکول گردش به فزیکي مقدار تولید کړي چې مقناطیسي مومینټ نومیږي. د هغې اندازه هغه ساحه ده چې د مالیکولر سرکول لخوا تړل شوې د مالیکولر گردش د مساوي جریان لخوا ضرب کیږي، او سمت یې د ښي لاس سرپل سره د گردش د سمت سره اړیکه لري، یعنې

په ښکاره ډول، د مقناطیسي شیبې سمت په سمه توګه د مقناطیسي ساحې سمت سره دی چې د گردش جریان لخوا رامینځته کیږي

.

په نورمال حالت کې، د مادې د مالیکولر گردش ترتیب ګډوډ دی، نو دا ماده مقناطیسي نه ده، لکه څنګه چې د لاندې انځور په چپ اړخ کې ښودل شوي. کله چې د بهرني مقناطیسي ساحې تابع وي، دا مالیکول سرکولیشن به نږدې په منظم ډول تنظیم شي. لکه څنګه چې د لاندې انځور په ښي خوا کې ښودل شوي، د دوی مقناطیسي شیبې د امکان تر حده په یو لوري کې تنظیم شوي، لکه بې شمیره کوچنۍ مقناطیسي ستنې سره راټول شوي ترڅو ټول مقناطیسي ساحه جوړه کړي، او د دوی ټول مواد مقناطیسي کیږي.

فرض کړئ چې یو سلنډر مقناطیس شتون لري، د داخلي مالیکول گردش په سمه توګه تنظیم شوی، او د مقناطیس برخې په څنډه کې د هر مالیکول گردش برخې یو بل سره نښلول شوي ترڅو یو لوی گردش رامینځته کړي، لکه څنګه چې په لاندې انځور کې ښودل شوي.

د دې پر بنسټ، موږ فکر کولی شو چې د بار مقناطیس د انرژی سولینایډ په څیر دی. په بل عبارت، د مقناطیس په سطحه کې یو ناڅرګند جریان شتون لري! دا ډول جریان نشي کولی وصل شي او وکارول شي. دا د مقناطیس سطح پورې محدود دی. موږ دې ته “بندیدونکی جریان” یا “مقناطیسی جریان” وایو.

له همدې امله، مقناطیسي جریان یو کرنټ دی، ځکه چې دا د ریښتینې بریښنایی چارجونو د حرکت لخوا رامینځته شوي اوسني سره ورته دی، کوم چې کولی شي په مساوي توګه مقناطیسي ساحه تولید کړي!

راځئ چې یو ځل بیا د بې ځایه کیدو جریان وګورو.

د امپیر د لوپ تیورم له مخې، په بنده لاره کې د مقناطیسي ساحې ځواک انضمام د اوسني کثافت له فلکس سره مساوي دی چې په هره منحل شوې سطحه کې چې د دې لارې سره تړل کیږي، دا دی، دا تیوریم په ریاضي کې د سټوکس تیورم بلل کیږي. دا موږ ته وايي چې د هرې تړلې لارې په اوږدو کې د ویکتور ادغام باید د هغې د curl (دلته) له هرې سطحې سره چې د تړل شوې لارې پورې تړلی وي مساوي وي.

څرنګه چې دا یو ریاضياتي تیورم دی، دا باید تل سم وي، ځکه چې ریاضي د محورونو پر بنسټ یو منطقي سیسټم دی.

نو ځکه، د امپیر لوپ تیورم باید تل وساتل شي!

په هرصورت، تکړه سکاټلینډ فزیک پوه میکسویل وموندله چې کله د بې ثباته اوسني سرکټ سره مخ شو، د امپر لوپ تیورم متضاد و.

عادي بې ثباته جریان د کیپسیټر چارج کولو او خارجیدو پرمهال پیښیږي. لکه څنګه چې په لاندې شکل کې ښودل شوي، د کیپسیټر چارج کولو لنډې مودې کې یو بې ثباته جریان شتون لري.

مګر سرکټ د کاپسیټر پلیټونو تر مینځ منحل شوی ، کوم چې به د جدي ستونزې لامل شي.

فرض کړئ چې موږ یوه تړل شوې لاره په پام کې ونیسو چې د تار څخه تیریږي، لکه څنګه چې په لاندې انځور کې ښودل شوي، د C لخوا نښه شوې دایره، او د هغې سره منحل سطحه د حد په توګه ټاکل کیدی شي. په شکل کې، د C لخوا تړل شوی سرکلر الوتکه او د کیپسیټر په اوږدو کې غوره شوي. د کیڼ پلیټ منحل سطحه.

د سرکلر سطح له مخې، دا لیدل کیدی شي چې د منحل سطحې مطابق، مګر د مقناطیسي ساحې ځواک د لوپ انضمام په توګه، د هغې ارزښت باید وټاکل شي!

څنګه وکړم؟

مکسویل په دې باور دی چې د امپیر لوپ تیورم باید تاسیس شي. اوس چې ستونزه شتون لري، دا باید وي ځکه چې د اوسني یوه برخه زموږ لخوا نه وه کشف شوې، مګر دا شتون لري!

نو، څنګه د اوسني دا برخه ومومئ؟

څرنګه چې ستونزه د پلیټونو ترمنځ ده، د پلیټونو ترمنځ پیل کړئ.

د تحلیل له لارې، میکسویل وموندله چې د چارج یا خارج کیدو په پام کې نیولو پرته، هر وخت د کیپسیټر پلیټونو ترمنځ فزیکي مقدار شتون لري چې د اوسني شدت او سمت سره همغږي کیږي. دا د بریښنایی بې ځایه کیدو ویکتور د جریان څخه مشتق وخت دی ، دا د بې ځایه کیدو جریان په توګه تعریف شوی.

که په پام کې ونیول شي چې دا برخه د اوسني برخه ده چې مخکې نه وه کشف شوې، نو بشپړ جریان اوس دی. د دې معنی دا ده، که څه هم د پلیټونو تر مینځ سرکټ منحل شوی، د بریښنا د بې ځایه کیدو فلکس مشتق او د جریان مجموعه، په ټولیزه توګه، په هر وخت کې د جریان دوام ډاډمن کوي.

مخکینی تناقض ته ورګرځو، موږ اوس پوهیږو چې د سټوکس د تیورم د غوښتنو سره سم، کله چې د تړل شوي سطح لپاره د اوسني کثافت فلکس محاسبه شي، د بې ځایه کیدونکي جریان کثافت هم باید په پام کې ونیول شي، دا د بشپړ امپیر لوپ دی. له همدې امله ، د دې نوي اوسني برخې “کشف” کولو سره ، د امپر لوپ تیورم بحران حل شوی!

دلیل چې ولې دلته “پیژندنه” نه کارول کیږي، مګر “کشف” دلته کارول کیږي. هغه څه چې زه غواړم ټینګار وکړم دا دی چې دا ډول جریان د ریاضیاتو خساره نه ده، مګر یو ریښتینی شی دی، مګر دا مخکې نه و کشف شوی.

ولې دا په لومړي ځای کې شتون لري؟ ځکه چې دا د برقی جریان په توګه کار کوي، د کنډکشن جریان په څیر، دا یو مقناطیسي ساحه په مساوي توګه جذبوي، پرته له دې چې د بریښنایی چارجونو حرکت شتون نلري، هیڅ تار ته اړتیا نشته، او د جول حرارت تولید نشي کولی، نو دا له پامه غورځول شوی!

مګر دا واقعیا پخپله شتون لري ، یوازې یو ټیټ پروفایل وساتئ ، دا هر وخت هلته په خاموشۍ سره مقناطیسي ساحه په زړه پوري کوي!

په بل عبارت، کله چې موږ د مقناطیسي ساحې سره مخ شو، د اوسني اصلي تعریف خورا تنګ دی. د بریښنایی جریان جوهر د بریښنایی چارج حرکت نه دی ، دا باید داسې وي چې مقناطیسي ساحه وهڅوي.

تر اوسه پورې، د اوسني ډیری ډولونه معرفي شوي. دا ټول په معقول ډول شتون لري، او هغه څه چې په دوی کې مشترک دي دا دي چې ټول جریان کولی شي په مساوي توګه مقناطیسي ساحه وهڅوي.