Разпределението на излишък зареждане на проводниците в равновесие

Начало | За нас | обратна връзка

За проводници включват вещества, електропроводими. Те са безплатни такси, които са в състояние да се движат през проводника от външен електрическо поле. Металните проводници свободни такси са електрони, те образуват с газ решетка на положително заредени йони.

Помислете си какво би станало, ако диригентът обявим презареждането. В този случай положителния заряд на металната жица, съответстваща липса на свободни електрони и отрицателен заряд - излишък. равновесието на излишната такса, следните твърдения са верни:

1.Elektricheskoe поле вътре в проводник отсъства, а обемът на проводника и повърхността са еквипотенциална

В действителност, ако уравнението (2.39) не са изпълнени, а след това на свободните заряди в проводника да бъдат преместени, тъй като работата на силата на електричното поле не е равно на нула (). Това е в противоречие с условията на излишък равновесие заплащане: в равновесие те трябва да бъдат фиксирани.

2.Izbytochny такса се разпространява само върху външната повърхност на проводника, защото на Кулон отблъскване на еднаквите заряди те са склонни да се разпръсне в максималната възможна дистанция един от друг.

Това твърдение може да се докаже с помощта на Гаус теорема. Изберете произволно проводник в затворената повърхност (Фигура 3.14, а) и през него се изчисли на вектора на потока при равновесни условия. Считат, че свързаните разходи на метал не се случва (р '= 0) и следователно с формула (3.27)

т.е. в рамките на такава повърхност на свръх заряд, тъй като обвинението в същия знак. Вследствие на това е само върху външната повърхност на проводника.

3. Разпределение на излишната такса върху външната повърхност на проводника е неравномерно, устройството вектор и плътността на повърхностен заряд # 963; повече в тези точки на повърхността на проводника, където му е по-голяма кривина.

Кривината на повърхността във всяка точка е възможно да се определи радиус R вписан областта близо до този момент, а именно, кривината на повърхността е обратно пропорционална на R.

Нека докажем третото твърдение. За тази цел ние се отбележи, че резултатите от електрическото поле е равномерно, налагани от сферична повърхност, направена в раздел 3.1.8, също са валидни в случай на зарежда метал сфера или топка, като кривината на повърхността във всички точки еднакви, т.е. излишък такса се разпределя равномерно върху него.

Ако приемем, че повърхността на проводника може да бъде представена като множество различни части, вписани в него области (фигура 3.14, б) и използването на формула (3.39) до Е и # 966; на повърхността на сферата, тогава можем да запишем:

Според уравнение (3.42b) вектор модул в близост до точката на повърхността на зареден проводник е пропорционална на плътността на повърхностния заряд # 963; в този момент. Формула (3.42b) могат да бъдат получени въз основа на теоремата Гаус от избора затворен опорна повърхност на цилиндър с малък обем, на образуващата на която е перпендикулярна на повърхността на проводника (Фигура 3.14 инча). Ако приемем, че цилиндър в хомогенна електрическо поле и прилагане (3.29) получаваме израза (3.42 б).

Фиг. 3.15, а е графично изображение с помощта на линиите на електрическото поле на зареден проводник сложна форма.

Трябва да се помни, че във всички точки на линията перпендикулярно на повърхността на метал, тъй като тя е еквипотенциална повърхност.

В близост до върха на единичен вектор може да надвишава стойността, съответстваща на йонизация на въздушните молекули (≈3 х Eioniz 10 юни V / m при атмосферно налягане) и след източване феномена на зареждане се случи. придружено от електрически вятъра.

Създадена от йонизация на молекули, електроните се движат част на върха и компенсират да се зарежда, балансът на такси на проводника е счупен и върхът да се поберат такси от други части на повърхността на проводника (фигура 3.15, б). Това движение продължава толкова дълго, колкото модула на електрическото поле в близост до върха надвишава Eioniz. Най-

Въпреки това, положителни йони на въздушните молекули, които се движат в противоположна посока, от върха, увличат неутрални молекули, създаване на движение на въздуха - електрическа вятъра.

Фактът, че излишните такси са в равновесие само върху външната повърхност на проводника, за да се създаде устройство, което може да се натрупа голям заряд и да достигне потенциална разлика от няколко милиона волта. Те включват електростатичен генератор Генератор на Ван де Грааф.

Това е метална сфера 1, монтирани върху изолационна колона 2 (фиг. 3.16). На метал четка 3 postupaetpolozhitelny заряд от източник на напрежение 4 е няколко десетки киловолта. Близо до върха на четката на силата на електричното поле надвишава въздушните молекули Eioniz (четка радиус върха г

1 mm, Е = 107 V / т) и заряда на диелектрична колан работи 5 - преместване безконечна лента на гумирана тъкан. Тази лента поема на метала в областта, се влива на четката и веднага подава към външната повърхност на сферата. Максималното постижимо потенциална разлика Vmax в такова устройство е ограничено явление източване заряд от повърхността на сферата, т.е. възникване на освобождаване на въздух при Esf≥Eioniz. стойност Vmax е около 10 megavolt сфера с радиус R = 5 m

Генератори от този тип се използват предимно в големи ускорители на частици, и по-нисък ток с високо напрежение инженерство.