ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹದ ವೇಗ

ಈ ಚಿಂತನೆಯ ಪ್ರಯೋಗವನ್ನು ಮಾಡೋಣ. ನಗರದಿಂದ 100 ಕಿಲೋಮೀಟರ್ ದೂರದಲ್ಲಿ ಒಂದು ಹಳ್ಳಿಯಿದೆ ಮತ್ತು ನಗರದಿಂದ ಆ ಹಳ್ಳಿಗೆ ಕೊನೆಯಲ್ಲಿ ಬಲ್ಬ್ನೊಂದಿಗೆ ಸುಮಾರು 100 ಕಿಲೋಮೀಟರ್ ಉದ್ದದ ತಂತಿ ಸಿಗ್ನಲ್ ಲೈನ್ ಅನ್ನು ಹಾಕಲಾಗಿದೆ ಎಂದು ಊಹಿಸಿ. ರಕ್ಷಾಕವಚದ ಎರಡು-ಕೋರ್ ಲೈನ್, ಇದನ್ನು ರಸ್ತೆಯ ಉದ್ದಕ್ಕೂ ಬೆಂಬಲದ ಮೇಲೆ ಹಾಕಲಾಗುತ್ತದೆ. ಮತ್ತು ನಾವು ಈಗ ಈ ಮಾರ್ಗದ ಮೂಲಕ ಪಟ್ಟಣದಿಂದ ಹಳ್ಳಿಗೆ ಸಂಕೇತವನ್ನು ಕಳುಹಿಸಿದರೆ, ಅದನ್ನು ಸ್ವೀಕರಿಸಲು ಎಷ್ಟು ಸಮಯ ತೆಗೆದುಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ?

ಕನಿಷ್ಠ 100/300000 ಸೆಕೆಂಡುಗಳಲ್ಲಿ, ಅಂದರೆ ಕನಿಷ್ಠ 333.3 μs (ತಂತಿಯ ಇಂಡಕ್ಟನ್ಸ್ ಅನ್ನು ಗಣನೆಗೆ ತೆಗೆದುಕೊಳ್ಳದೆ) ಇನ್ನೊಂದು ತುದಿಯಲ್ಲಿ ಬೆಳಕಿನ ಬಲ್ಬ್ ರೂಪದಲ್ಲಿ ಸಂಕೇತವು ಗೋಚರಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ಲೆಕ್ಕಾಚಾರಗಳು ಮತ್ತು ಅನುಭವವು ನಮಗೆ ಹೇಳುತ್ತದೆ. ಗ್ರಾಮವು ಬೆಳಕು ಬರುತ್ತದೆ, ಅಂದರೆ ತಂತಿಯಲ್ಲಿ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ಸ್ಥಾಪಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ (ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ನಾವು ನೇರ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ಬಳಸುತ್ತೇವೆ ಚಾರ್ಜ್ಡ್ ಕೆಪಾಸಿಟರ್). 

100 ಕಿಲೋಮೀಟರ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ನಮ್ಮ ತಂತಿಯಲ್ಲಿರುವ ಪ್ರತಿ ಅಭಿಧಮನಿಯ ಉದ್ದವಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಸೆಕೆಂಡಿಗೆ 300,000 ಕಿಲೋಮೀಟರ್‌ಗಳು ಬೆಳಕಿನ ವೇಗ - ಪ್ರಸರಣದ ವೇಗ ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತೀಯ ತರಂಗ ನಿರ್ವಾತದಲ್ಲಿ. ಹೌದು, "ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ಚಲನೆ" ಬೆಳಕಿನ ವೇಗದಲ್ಲಿ ತಂತಿಯ ಉದ್ದಕ್ಕೂ ಹರಡುತ್ತದೆ.

ಆದರೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಬೆಳಕಿನ ವೇಗದಲ್ಲಿ ಒಂದರ ನಂತರ ಒಂದರಂತೆ ಚಲಿಸಲು ಪ್ರಾರಂಭಿಸುತ್ತವೆ ಎಂದರೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಅಂತಹ ಪ್ರಚಂಡ ವೇಗದಲ್ಲಿ ತಂತಿಯಲ್ಲಿ ಚಲಿಸುತ್ತಿವೆ ಎಂದು ಅರ್ಥವಲ್ಲ. ಲೋಹದ ವಾಹಕದಲ್ಲಿ, ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯದಲ್ಲಿ ಅಥವಾ ಇನ್ನೊಂದು ವಾಹಕ ಮಾಧ್ಯಮದಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಅಥವಾ ಅಯಾನುಗಳು ಅಷ್ಟು ವೇಗವಾಗಿ ಚಲಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲ, ಅಂದರೆ, ಚಾರ್ಜ್ ಕ್ಯಾರಿಯರ್‌ಗಳು ಬೆಳಕಿನ ವೇಗದಲ್ಲಿ ಪರಸ್ಪರ ಸಂಬಂಧಿಸುವುದಿಲ್ಲ.

ಈ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ ಬೆಳಕಿನ ವೇಗವು ತಂತಿಯಲ್ಲಿನ ಚಾರ್ಜ್ ಕ್ಯಾರಿಯರ್‌ಗಳು ಒಂದರ ನಂತರ ಒಂದರಂತೆ ಚಲಿಸಲು ಪ್ರಾರಂಭಿಸುವ ವೇಗವಾಗಿದೆ, ಅಂದರೆ, ಇದು ಚಾರ್ಜ್ ಕ್ಯಾರಿಯರ್‌ಗಳ ಅನುವಾದ ಚಲನೆಯ ಪ್ರಸರಣದ ವೇಗವಾಗಿದೆ. ಚಾರ್ಜ್ ಕ್ಯಾರಿಯರ್‌ಗಳು ನೇರ ಪ್ರವಾಹದಲ್ಲಿ "ಡ್ರಿಫ್ಟ್ ವೇಗ" ವನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ, ತಾಮ್ರದ ತಂತಿಯಲ್ಲಿ ಹೇಳುವುದಾದರೆ, ಪ್ರತಿ ಸೆಕೆಂಡಿಗೆ ಕೆಲವೇ ಮಿಲಿಮೀಟರ್‌ಗಳು!

ಈ ಅಂಶವನ್ನು ಸ್ಪಷ್ಟಪಡಿಸೋಣ. ನಮ್ಮಲ್ಲಿ ಚಾರ್ಜ್ಡ್ ಕೆಪಾಸಿಟರ್ ಇದೆ ಎಂದು ಹೇಳೋಣ ಮತ್ತು ಕೆಪಾಸಿಟರ್‌ನಿಂದ 100 ಕಿಲೋಮೀಟರ್ ದೂರದಲ್ಲಿರುವ ಹಳ್ಳಿಯಲ್ಲಿ ಸ್ಥಾಪಿಸಲಾದ ನಮ್ಮ ಲೈಟ್ ಬಲ್ಬ್‌ನಿಂದ ನಾವು ಉದ್ದವಾದ ತಂತಿಗಳನ್ನು ಜೋಡಿಸುತ್ತೇವೆ. ತಂತಿಗಳನ್ನು ಸಂಪರ್ಕಿಸುವುದು, ಅಂದರೆ, ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ಅನ್ನು ಮುಚ್ಚುವುದು, ಕೈಯಾರೆ ಸ್ವಿಚ್ನೊಂದಿಗೆ ಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ.

ಏನಾಗುವುದೆಂದು? ಸ್ವಿಚ್ ಮುಚ್ಚಿದಾಗ, ಕೆಪಾಸಿಟರ್ಗೆ ಸಂಪರ್ಕಗೊಂಡಿರುವ ತಂತಿಗಳ ಆ ಭಾಗಗಳಲ್ಲಿ ಚಾರ್ಜ್ಡ್ ಕಣಗಳು ಚಲಿಸಲು ಪ್ರಾರಂಭಿಸುತ್ತವೆ. ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಕೆಪಾಸಿಟರ್ನ ಋಣಾತ್ಮಕ ಪ್ಲೇಟ್ ಅನ್ನು ಬಿಡುತ್ತವೆ, ಕೆಪಾಸಿಟರ್ನ ಡೈಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್ನಲ್ಲಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರವು ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ, ವಿರುದ್ಧ (ಧನಾತ್ಮಕ) ಪ್ಲೇಟ್ನ ಧನಾತ್ಮಕ ಚಾರ್ಜ್ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ - ಸಂಪರ್ಕಿತ ತಂತಿಯಿಂದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಅದರೊಳಗೆ ಹರಿಯುತ್ತವೆ.

ಹೀಗಾಗಿ, ಫಲಕಗಳ ನಡುವಿನ ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸವು ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ.ಮತ್ತು ಕೆಪಾಸಿಟರ್ ಪಕ್ಕದಲ್ಲಿರುವ ತಂತಿಗಳಲ್ಲಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಚಲಿಸಲು ಪ್ರಾರಂಭಿಸಿದಾಗಿನಿಂದ, ತಂತಿಯ ಮೇಲಿನ ದೂರದ ಸ್ಥಳಗಳಿಂದ ಇತರ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ತಮ್ಮ ಸ್ಥಳಗಳಿಗೆ ಬರುತ್ತವೆ, ಬೇರೆ ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ಹೇಳುವುದಾದರೆ, ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಕ್ರಿಯೆಯಿಂದಾಗಿ ತಂತಿಯಲ್ಲಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ಪುನರ್ವಿತರಣೆ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು ಪ್ರಾರಂಭವಾಗುತ್ತದೆ. ಮುಚ್ಚಿದ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ನಲ್ಲಿ. ಈ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು ತಂತಿಯ ಉದ್ದಕ್ಕೂ ಮತ್ತಷ್ಟು ಹರಡುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಅಂತಿಮವಾಗಿ ಸಿಗ್ನಲ್ ಲ್ಯಾಂಪ್ ಫಿಲಾಮೆಂಟ್ ಅನ್ನು ತಲುಪುತ್ತದೆ.

ಆದ್ದರಿಂದ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಬದಲಾವಣೆಯು ಬೆಳಕಿನ ವೇಗದಲ್ಲಿ ತಂತಿಯ ಉದ್ದಕ್ಕೂ ಹರಡುತ್ತದೆ, ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ನಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳನ್ನು ಸಕ್ರಿಯಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ. ಆದರೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಹೆಚ್ಚು ನಿಧಾನವಾಗಿ ಚಲಿಸುತ್ತವೆ.

ನಾವು ಮುಂದೆ ಹೋಗುವ ಮೊದಲು, ಹೈಡ್ರಾಲಿಕ್ ಸಾದೃಶ್ಯವನ್ನು ಪರಿಗಣಿಸಿ. ಮಿನರಲ್ ವಾಟರ್ ಹಳ್ಳಿಯಿಂದ ನಗರಕ್ಕೆ ಪೈಪ್ ಮೂಲಕ ಹರಿಯಲಿ. ಬೆಳಿಗ್ಗೆ, ಗ್ರಾಮದಲ್ಲಿ, ಪಂಪ್ ಅನ್ನು ಪ್ರಾರಂಭಿಸಲಾಯಿತು ಮತ್ತು ಅದು ಪೈಪ್‌ನಲ್ಲಿ ನೀರಿನ ಒತ್ತಡವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಲು ಪ್ರಾರಂಭಿಸಿತು, ಹಳ್ಳಿಯ ಮೂಲದಿಂದ ನಗರಕ್ಕೆ ಚಲಿಸುವಂತೆ ಒತ್ತಾಯಿಸುತ್ತದೆ. ಒತ್ತಡದಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆಯು ಪೈಪ್‌ಲೈನ್‌ನ ಉದ್ದಕ್ಕೂ ವೇಗವಾಗಿ, ವೇಗದಲ್ಲಿ ಹರಡುತ್ತದೆ. ಸುಮಾರು 1400 ಕಿಮೀ / ಸೆ (ಇದು ನೀರಿನ ಸಾಂದ್ರತೆಯಿಂದ, ಅದರ ತಾಪಮಾನದಿಂದ, ಒತ್ತಡದ ಪ್ರಮಾಣದಿಂದ ಅವಲಂಬಿಸಿರುತ್ತದೆ).

ಗ್ರಾಮದಲ್ಲಿ ಪಂಪ್ ಆನ್ ಮಾಡಿದ ನಂತರ ಒಂದು ಸೆಕೆಂಡ್‌ನ ಒಂದು ಭಾಗ, ನೀರು ನಗರಕ್ಕೆ ಚಲಿಸಲು ಪ್ರಾರಂಭಿಸಿತು. ಆದರೆ ಪ್ರಸ್ತುತ ಗ್ರಾಮದಲ್ಲಿ ಹರಿಯುತ್ತಿರುವುದು ಇದೇ ನೀರಾ? ಇಲ್ಲ! ನಮ್ಮ ಉದಾಹರಣೆಯಲ್ಲಿನ ನೀರಿನ ಅಣುಗಳು ಪರಸ್ಪರ ತಳ್ಳುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಅವುಗಳು ಹೆಚ್ಚು ನಿಧಾನವಾಗಿ ಚಲಿಸುತ್ತವೆ, ಏಕೆಂದರೆ ಅವುಗಳ ವಿಚಲನದ ವೇಗವು ಒತ್ತಡದ ಪ್ರಮಾಣವನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುತ್ತದೆ. ಅಣುಗಳನ್ನು ಪರಸ್ಪರ ವಿರುದ್ಧವಾಗಿ ಪುಡಿಮಾಡುವುದರಿಂದ ಟ್ಯೂಬ್‌ನ ಉದ್ದಕ್ಕೂ ಅಣುಗಳ ಚಲನೆಗಿಂತ ವೇಗವಾಗಿ ಪರಿಮಾಣದ ಅನೇಕ ಆದೇಶಗಳನ್ನು ಹರಡುತ್ತದೆ.

ಆದ್ದರಿಂದ ಇದು ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹದೊಂದಿಗೆ: ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಪ್ರಸರಣದ ವೇಗವು ಒತ್ತಡದ ಪ್ರಸರಣಕ್ಕೆ ಹೋಲುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ರೂಪಿಸುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳ ಚಲನೆಯ ವೇಗವು ನೇರವಾಗಿ ನೀರಿನ ಅಣುಗಳ ಚಲನೆಯನ್ನು ಹೋಲುತ್ತದೆ.

ಈಗ ನೇರವಾಗಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳಿಗೆ ಹಿಂತಿರುಗಿ ನೋಡೋಣ. ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳ ಕ್ರಮಬದ್ಧ ಚಲನೆಯ ದರವನ್ನು (ಅಥವಾ ಇತರ ಚಾರ್ಜ್ ವಾಹಕಗಳು) ಡ್ರಿಫ್ಟ್ ದರ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಇದರ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಕ್ರಿಯೆಯ ಮೂಲಕ ಗಳಿಸುತ್ತವೆ ಬಾಹ್ಯ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರ. 

ಬಾಹ್ಯ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರವಿಲ್ಲದಿದ್ದರೆ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳು ಉಷ್ಣ ಚಲನೆಯಿಂದ ಮಾತ್ರ ವಾಹಕದೊಳಗೆ ಅಸ್ತವ್ಯಸ್ತವಾಗಿ ಚಲಿಸುತ್ತವೆ, ಆದರೆ ಯಾವುದೇ ನಿರ್ದೇಶನದ ಪ್ರವಾಹವಿಲ್ಲ ಮತ್ತು ಆದ್ದರಿಂದ ಸರಾಸರಿ ಡ್ರಿಫ್ಟ್ ವೇಗವು ಶೂನ್ಯವಾಗಿರುತ್ತದೆ.

ವಾಹಕಕ್ಕೆ ಬಾಹ್ಯ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರವನ್ನು ಅನ್ವಯಿಸಿದರೆ, ವಾಹಕದ ವಸ್ತುವನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿ, ಚಾರ್ಜ್ ವಾಹಕಗಳ ದ್ರವ್ಯರಾಶಿ ಮತ್ತು ಚಾರ್ಜ್, ತಾಪಮಾನದ ಮೇಲೆ, ಸಂಭಾವ್ಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸದ ಮೇಲೆ, ಚಾರ್ಜ್ ವಾಹಕಗಳು ಚಲಿಸಲು ಪ್ರಾರಂಭಿಸುತ್ತವೆ, ಆದರೆ ವೇಗ ಈ ಚಲನೆಯು ಬೆಳಕಿನ ವೇಗಕ್ಕಿಂತ ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಕಡಿಮೆಯಿರುತ್ತದೆ, ಸೆಕೆಂಡಿಗೆ ಸುಮಾರು 0.5 ಮಿಮೀ (1 ಎಂಎಂ 2 ನ ಅಡ್ಡ ವಿಭಾಗವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ತಾಮ್ರದ ತಂತಿಗೆ, ಅದರ ಮೂಲಕ 10 ಎ ಪ್ರವಾಹವು ಹರಿಯುತ್ತದೆ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಡ್ರಿಫ್ಟ್‌ನ ಸರಾಸರಿ ವೇಗವು 0.6– 6 ಮಿಮೀ / ಸೆ).

ಈ ವೇಗವು ವಾಹಕದ n ನಲ್ಲಿನ ಉಚಿತ ಚಾರ್ಜ್ ವಾಹಕಗಳ ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಿರುತ್ತದೆ, ವಾಹಕ S ನ ಅಡ್ಡ-ವಿಭಾಗದ ಪ್ರದೇಶದ ಮೇಲೆ, ಕಣದ ಇ ಚಾರ್ಜ್ ಮೇಲೆ, ಪ್ರಸ್ತುತ I. ನೀವು ನೋಡುವಂತೆ, ಹೊರತಾಗಿಯೂ ವಿದ್ಯುತ್ ಪ್ರವಾಹವು (ವಿದ್ಯುತ್ಕಾಂತೀಯ ತರಂಗದ ಮುಂಭಾಗ) ಬೆಳಕಿನ ವೇಗದಲ್ಲಿ ತಂತಿಯ ಉದ್ದಕ್ಕೂ ಹರಡುತ್ತದೆ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ಗಳು ಸ್ವತಃ ಹೆಚ್ಚು ನಿಧಾನವಾಗಿ ಚಲಿಸುತ್ತವೆ. ಪ್ರವಾಹದ ವೇಗವು ತುಂಬಾ ಕಡಿಮೆ ವೇಗವಾಗಿದೆ ಎಂದು ಅದು ತಿರುಗುತ್ತದೆ.