విద్యుత్ ప్రవాహం యొక్క వేగం

ఈ ఆలోచనా ప్రయోగం చేద్దాం. నగరం నుండి 100 కిలోమీటర్ల దూరంలో ఒక గ్రామం ఉందని మరియు నగరం నుండి ఆ గ్రామానికి చివర బల్బుతో 100 కిలోమీటర్ల పొడవున వైర్ సిగ్నల్ లైన్ వేయబడిందని ఊహించుకోండి. రక్షిత రెండు-కోర్ లైన్, ఇది రహదారి వెంట మద్దతుపై వేయబడింది. మరియు మనం ఇప్పుడు ఈ లైన్‌పై పట్టణం నుండి గ్రామానికి సిగ్నల్ పంపితే, అది అక్కడికి అందుకోవడానికి ఎంత సమయం పడుతుంది?

కనీసం 100/300000 సెకన్లలో, అంటే కనీసం 333.3 μs (వైర్ యొక్క ఇండక్టెన్స్‌ను పరిగణనలోకి తీసుకోకుండా) లైట్ బల్బ్ రూపంలో ఒక సిగ్నల్ మరొక చివరలో కనిపిస్తుంది అని లెక్కలు మరియు అనుభవం మాకు తెలియజేస్తుంది. గ్రామం ఒక కాంతి వెలుగులోకి వస్తుంది, అంటే వైర్‌లో కరెంట్ ఏర్పాటు చేయబడుతుంది (ఉదాహరణకు, మేము ప్రత్యక్ష ప్రవాహాన్ని ఉపయోగిస్తాము ఛార్జ్ చేయబడిన కెపాసిటర్). 

100 అనేది మన వైర్‌లోని ప్రతి సిర పొడవు కిలోమీటర్లలో, మరియు సెకనుకు 300,000 కిలోమీటర్లు కాంతి వేగం-ప్రచారం యొక్క వేగం విద్యుదయస్కాంత తరంగం శూన్యంలో. అవును, "ఎలక్ట్రాన్ల కదలిక" కాంతి వేగంతో వైర్ వెంట వ్యాపిస్తుంది.

కానీ ఎలక్ట్రాన్లు కాంతి వేగంతో ఒకదాని తర్వాత ఒకటి కదలడం ప్రారంభిస్తాయంటే ఎలక్ట్రాన్లు అంత విపరీతమైన వేగంతో వైర్‌లో కదులుతున్నాయని అర్థం కాదు. లోహ కండక్టర్‌లో, ఎలక్ట్రోలైట్‌లో లేదా మరొక వాహక మాధ్యమంలో ఉన్న ఎలక్ట్రాన్లు లేదా అయాన్లు అంత వేగంగా కదలలేవు, అంటే ఛార్జ్ క్యారియర్లు కాంతి వేగంతో ఒకదానికొకటి సాపేక్షంగా కదలవు.

ఈ సందర్భంలో కాంతి వేగం అనేది వైర్‌లోని ఛార్జ్ క్యారియర్‌లు ఒకదాని తర్వాత ఒకటి కదలడం ప్రారంభించే వేగం, అంటే ఇది ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల అనువాద చలనం యొక్క ప్రచారం వేగం. ఛార్జ్ క్యారియర్‌లు డైరెక్ట్ కరెంట్ వద్ద "డ్రిఫ్ట్ వేగాన్ని" కలిగి ఉంటాయి, రాగి తీగలో సెకనుకు కొన్ని మిల్లీమీటర్లు మాత్రమే!

ఈ విషయాన్ని స్పష్టం చేద్దాం. మనకు ఛార్జ్ చేయబడిన కెపాసిటర్ ఉందని అనుకుందాం మరియు కెపాసిటర్ నుండి 100 కిలోమీటర్ల దూరంలో ఉన్న ఒక గ్రామంలో అమర్చిన మా లైట్ బల్బ్ నుండి పొడవాటి వైర్లను జతచేస్తాము. వైర్లను కనెక్ట్ చేయడం, అంటే, సర్క్యూట్ను మూసివేయడం, మానవీయంగా స్విచ్తో చేయబడుతుంది.

ఏమి జరుగుతుంది? స్విచ్ మూసివేయబడినప్పుడు, కెపాసిటర్‌కు అనుసంధానించబడిన వైర్ల యొక్క ఆ భాగాలలో చార్జ్ చేయబడిన కణాలు కదలడం ప్రారంభిస్తాయి. ఎలక్ట్రాన్లు కెపాసిటర్ యొక్క ప్రతికూల ప్లేట్‌ను వదిలివేస్తాయి, కెపాసిటర్ యొక్క విద్యుద్వాహకములోని విద్యుత్ క్షేత్రం తగ్గుతుంది, వ్యతిరేక (సానుకూల) ప్లేట్ యొక్క సానుకూల ఛార్జ్ తగ్గుతుంది - కనెక్ట్ చేయబడిన వైర్ నుండి ఎలక్ట్రాన్లు దానిలోకి ప్రవహిస్తాయి.

అందువలన, ప్లేట్ల మధ్య సంభావ్య వ్యత్యాసం తగ్గుతుంది.మరియు కెపాసిటర్ ప్రక్కనే ఉన్న వైర్లలోని ఎలక్ట్రాన్లు కదలడం ప్రారంభించినందున, వైర్‌పై సుదూర ప్రదేశాల నుండి ఇతర ఎలక్ట్రాన్లు వాటి స్థానాలకు వస్తాయి, మరో మాటలో చెప్పాలంటే, విద్యుత్ క్షేత్రం యొక్క చర్య కారణంగా వైర్‌లోని ఎలక్ట్రాన్ల పునఃపంపిణీ ప్రక్రియ ప్రారంభమవుతుంది. క్లోజ్డ్ సర్క్యూట్లో. ఈ ప్రక్రియ వైర్ వెంట మరింత వ్యాపిస్తుంది మరియు చివరకు సిగ్నల్ లాంప్ ఫిలమెంట్‌కు చేరుకుంటుంది.

కాబట్టి విద్యుత్ క్షేత్రంలో మార్పు కాంతి వేగంతో వైర్ వెంట వ్యాపిస్తుంది, సర్క్యూట్లో ఎలక్ట్రాన్లను సక్రియం చేస్తుంది. కానీ ఎలక్ట్రాన్లు చాలా నెమ్మదిగా కదులుతాయి.

మేము మరింత ముందుకు వెళ్ళే ముందు, హైడ్రాలిక్ సారూప్యతను పరిగణించండి. మినరల్ వాటర్ గ్రామం నుండి నగరానికి పైపు ద్వారా ప్రవహిస్తుంది. ఉదయం, గ్రామంలో ఒక పంపు ప్రారంభించబడింది మరియు గ్రామ మూలం నుండి నీటిని నగరానికి తరలించడానికి పైపులో నీటి ఒత్తిడిని పెంచడం ప్రారంభించింది. ఒత్తిడిలో మార్పు చాలా త్వరగా పైప్‌లైన్ వెంట వేగంగా వ్యాపిస్తుంది. సుమారు 1400 km / s (ఇది నీటి సాంద్రత నుండి, దాని ఉష్ణోగ్రత నుండి, పీడనం యొక్క పరిమాణం నుండి ఆధారపడి ఉంటుంది).

గ్రామంలో పంపు ఆన్ చేసిన తర్వాత సెకనులో కొంత భాగం నీరు నగరంలోకి రావడం ప్రారంభమైంది. అయితే ప్రస్తుతం గ్రామంలో ప్రవహిస్తున్న నీరు ఇదేనా? లేదు! మా ఉదాహరణలోని నీటి అణువులు ఒకదానికొకటి నెట్టివేస్తాయి మరియు అవి చాలా నెమ్మదిగా కదులుతాయి, ఎందుకంటే వాటి విచలనం యొక్క వేగం ఒత్తిడి పరిమాణంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. ఒకదానికొకటి వ్యతిరేకంగా అణువులను అణిచివేయడం ట్యూబ్ వెంట అణువుల కదలిక కంటే వేగంగా అనేక ఆర్డర్‌లను ప్రచారం చేస్తుంది.

కాబట్టి ఇది విద్యుత్ ప్రవాహంతో ఉంటుంది: విద్యుత్ క్షేత్రం యొక్క ప్రచారం యొక్క వేగం పీడన వ్యాప్తికి సమానంగా ఉంటుంది మరియు ప్రవాహాన్ని ఏర్పరిచే ఎలక్ట్రాన్ల కదలిక వేగం నేరుగా నీటి అణువుల కదలికకు సమానంగా ఉంటుంది.

ఇప్పుడు నేరుగా ఎలక్ట్రాన్లకు తిరిగి వద్దాం. ఎలక్ట్రాన్ల (లేదా ఇతర ఛార్జ్ క్యారియర్లు) క్రమబద్ధమైన కదలిక రేటును డ్రిఫ్ట్ రేటు అంటారు. దాని ఎలక్ట్రాన్లు చర్య ద్వారా పొందుతాయి బాహ్య విద్యుత్ క్షేత్రం. 

బాహ్య విద్యుత్ క్షేత్రం లేకపోతే, ఎలక్ట్రాన్లు కండక్టర్ లోపల థర్మల్ మోషన్ ద్వారా మాత్రమే అస్తవ్యస్తంగా కదులుతాయి, కానీ డైరెక్ట్ కరెంట్ లేదు, అందువల్ల డ్రిఫ్ట్ వేగం సగటున సున్నాగా మారుతుంది.

కండక్టర్‌కు బాహ్య విద్యుత్ క్షేత్రాన్ని వర్తింపజేస్తే, కండక్టర్ యొక్క పదార్థంపై ఆధారపడి, ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల ద్రవ్యరాశి మరియు ఛార్జ్‌పై, ఉష్ణోగ్రతపై, సంభావ్య వ్యత్యాసంపై, ఛార్జ్ క్యారియర్లు కదలడం ప్రారంభిస్తాయి, కానీ వేగం ఈ కదలిక కాంతి వేగం కంటే గణనీయంగా తక్కువగా ఉంటుంది, సెకనుకు 0.5 మిమీ (1 మిమీ 2 క్రాస్ సెక్షన్ కలిగిన రాగి తీగ కోసం, దీని ద్వారా 10 ఎ కరెంట్ ప్రవహిస్తుంది, ఎలక్ట్రాన్ డ్రిఫ్ట్ సగటు వేగం 0.6– 6 మిమీ / సె).

ఈ వేగం కండక్టర్ nలో ఉచిత ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల ఏకాగ్రతపై ఆధారపడి ఉంటుంది, కండక్టర్ S యొక్క క్రాస్-సెక్షనల్ ప్రాంతంపై, కణ e యొక్క ఛార్జ్పై, ప్రస్తుత I. మీరు చూడగలిగినట్లుగా, అయినప్పటికీ విద్యుత్ ప్రవాహం (విద్యుదయస్కాంత తరంగం ముందు భాగం) కాంతి వేగంతో వైర్ వెంట వ్యాపిస్తుంది, ఎలక్ట్రాన్లు చాలా నెమ్మదిగా కదులుతాయి. ప్రస్తుత వేగం చాలా తక్కువ వేగం అని తేలింది.