Distribuția în exces sarcină pe conductorii de la echilibru

Acasă | Despre noi | feedback-ul

Pentru conductori includ substanțe, bune conducătoare de electricitate. Acestea sunt sarcini libere, care sunt capabile să se deplaseze prin conductorul de un câmp electric extern. Conductorii metalici taxele libere sunt electroni, ele formează zăbrele umplute cu gaz de ioni încărcați pozitiv.

Luați în considerare ce s-ar întâmpla în cazul în care conductorul anunță supraîncărcării. În acest caz, sarcina pozitivă a firului metalic lipsa de electroni liberi și sarcină negativă corespunzătoare - un excedent. Excesul de încărcare echilibru, următoarele afirmații sunt adevărate:

1.Elektricheskoe câmp în interiorul conductorului este absent, iar volumul conductorului și suprafața sa sunt echipotențială

Într-adevăr, în cazul în care ecuația (2.39) nu sunt îndeplinite, atunci taxele gratuite în conductorul care urmează să fie mutat, ca activitatea de intensitatea câmpului electric nu este egal cu zero (). Acest lucru este contrar excesul de starea de încărcare de echilibru: în echilibru acestea trebuie să fie fixate.

2.Izbytochny taxa este distribuit doar pe suprafața exterioară a unui conductor din cauza repulsiei Coulomb de taxe, cum ar fi ele tind să se disperseze la distanța maximă posibilă în afară.

Această afirmație poate fi demonstrată folosind teorema lui Gauss. Alegeți un conductor arbitrar în interiorul suprafeței închise (figura 3.14, a) și se calculează vectorul flux prin acesta în condiții de echilibru. Să considerăm că taxele legate în metalul nu se produce (q „= 0) și, prin urmare, cu formula (3.27)

și anume într-o astfel de suprafață, fără costuri în exces, deoarece taxa de același semn. Prin urmare, acesta este doar pe suprafața exterioară a conductorului.

3. Distribuirea excesului de încărcare pe suprafața exterioară a conductorului este inegală, unitatea vector și densitatea de încărcare de suprafață # 963; mai mult în acele puncte ale suprafeței conductorului, în cazul în care curbura este mai mare.

Curbura suprafeței în orice moment este posibil să se determine raza R inscripționată sferă în apropierea acestui punct, și anume, curbura suprafeței este invers proporțională cu R.

Să ne dovedesc a treia afirmație. În acest scop, observăm că rezultatele câmpului electric este uniform încărcat de o suprafață sferică, realizată în secțiunea 3.1.8, sunt valabile și în cazul unei sfere de metal încărcat sau cu bile, deoarece curbura suprafeței la toate punctele de același, adică, taxa în exces este distribuită uniform pe ea.

Dacă luăm în considerare că suprafața conductorului poate fi reprezentat ca o pluralitate de porțiuni diferite înscrise în ea sfere (Figura 3.14, b) și utilizarea de formula (3.39), la E și # 966; pe suprafața sferei, atunci putem scrie:

Conform ecuației (3.42b) modul vector în apropierea unui punct de pe suprafața unui conductor încărcat proporțională cu densitatea de încărcare de suprafață # 963; în acest moment. Formula (3.42b) pot fi obținute pe baza teoremei Gauss prin alegerea unei suprafețe de susținere închisă a unui cilindru de volum mic, generatoarei care este perpendicular pe suprafața conductorului (figura 3.14 in). Presupunând că cilindru într-un câmp electric omogen și aplicarea (3.29) obținem expresia (3.42 b).

Fig. 3.15, și este o imagine grafică, folosind liniile câmpului electric al unei forme complicate conductor încărcat.

Trebuie amintit că, la toate punctele de linie perpendiculară pe suprafața metalică, deoarece este o suprafață echipotențială.

Lângă vârful unității vectorului poate depăși o valoare corespunzătoare ionizarea moleculelor de aer (≈3 x 10 V Eioniz luna iunie / m la presiune atmosferică) și apoi drenarea fenomenului de încărcare are loc. însoțite de vânt electric.

Formată prin ionizare moleculelor, electronii se deplasează la porțiunea de vârf și de compensare pentru incarcare, soldul taxelor asupra conductorului este rupt și vârful pentru a se potrivi taxele de la alte porțiuni ale suprafeței conductorului (figura 3.15, b). Această mișcare continuă, atâta timp cât modulul câmpului electric în apropierea vârfului depășește Eioniz.

Cu toate acestea, ionii pozitivi ai moleculelor de aer care se deplasează în direcția opusă, de la vârful, moleculele neutre antrenează, creând mișcarea aerului - vântul electric.

Faptul că excesul de taxele sunt în echilibru numai pe suprafața exterioară a conductorului, pentru a crea un dispozitiv care se poate acumula o taxa de mare și să ajungă la o diferență de potențial de mai multe milioane de volți. Acestea includ Generator electrostatic generator de Van de Graaff.

Este o sferă metalică 1, montat pe o coloană de 2 izolator (fig. 3.16). Pe taxa postupaetpolozhitelny perie metalică 3 de la sursa de tensiune 4 este de câteva zeci de kilovolts. Lângă vârful pensulei a intensității câmpului electric depășește moleculele de aer Eioniz (perie vârful raza r

1 mm, E = 107 V / m), iar taxa pe curea dielectric ruleaza 5 - se deplasează cureaua fără sfârșit de țesătură cauciucată. Această bandă se ocupă de metal din interiorul sferei, curge pe pensula și imediat furnizat la suprafața exterioară a sferei. Diferența de potențial maxim realizabil Vmax într-un astfel de dispozitiv este un fenomen limitat de golire de încărcare de pe suprafața sferei, și anume apariția de descărcare în aer la Esf≥Eioniz. Valoarea Vmax este de aproximativ 10 sferă megavolt cu o rază R = 5 m

Producătorii de energie de acest tip sunt utilizate în principal în acceleratoare de particule de mare, și în inginerie low-curent de înaltă tensiune.