Mikä on sähkökenttä?
Riputamme ladatun patruunakotelon langalle ja tuomme siihen sähköistetyn lasitangon. Myös suoran kosketuksen puuttuessa langan holkki poikkeaa pystyasennosta ja vetää sauvaa (kuva 13).
Varautuneet kehot, kuten näemme, pystyvät olemaan vuorovaikutuksessa toistensa kanssa etäältä. Miten toiminta siirtyy yhdestä näistä ruumiista toiseen? Ehkä kyse on heidän välisestä ilmasta? Otetaan kokemuksella selvää.
Laitetaan ladattu sähköskooppi (lasit poistettuna) ilmapumpun kellon alle, jonka jälkeen pumppaamme ilmaa sen alta. Näemme, että ilmattomassa tilassa sähköskoopin lehdet edelleen hylkivät toisiaan (kuva 14). Tämä tarkoittaa, että ilma ei osallistu sähköisen vuorovaikutuksen siirtoon. Millä sitten toteutetaan sama varautuneiden kappaleiden vuorovaikutus? Vastauksen tähän kysymykseen antoivat töissään englantilaiset tiedemiehet M. Faraday (1791-1867) ja J. Maxwell (1831-1879).
Faradayn ja Maxwellin opetusten mukaan varattua kappaletta ympäröivä tila eroaa sähköistämättömien kappaleiden ympärillä olevasta tilasta. Varautuneiden kappaleiden ympärillä on sähkökenttä. Tämän kentän avulla suoritetaan sähköinen vuorovaikutus.
Sähkö ala on erityinen aine, joka eroaa aineesta ja esiintyy varautuneiden kappaleiden ympärillä.
Sitä on mahdoton nähdä tai koskea. Sähkökentän olemassaolo voidaan arvioida vain sen toimien perusteella.
Sähkökentän perusominaisuudet
Yksinkertaiset kokeet mahdollistavat sen vahvistamisen sähkökentän perusominaisuudet.
1. Varautuneen kappaleen sähkökenttä vaikuttaa jollain voimalla mihin tahansa muuhun varautuneeseen kappaleeseen, joka on tässä kentässä..
Tämän todistavat kaikki varautuneiden kappaleiden vuorovaikutusta koskevat kokeet. Joten esimerkiksi varattu holkki, joka oli sähköistetyn sauvan sähkökentässä (katso kuva 13), joutui siihen vetovoiman vaikutukselle.
2. Lähellä varautuneita kappaleita niiden luoma kenttä on vahvempi ja paljon heikompi.
Tämän tarkistamiseksi siirrytään uudelleen kokeeseen ladatulla patruunakotelolla (katso kuva 13). Aloitetaan jalustan tuominen patruunakoteloineen lähemmäksi ladattua sauvaa. Näemme, että holkin lähestyessä sauvaa langan poikkeama pystysuorasta kasvaa ja kasvaa (kuva 15). Tämän kulman kasvu osoittaa, että mitä lähempänä holkki on sähkökentän lähdettä (sähköistetty sauva), sitä enemmän tämä kenttä vaikuttaa siihen. Tämä tarkoittaa, että lähellä varautunutta kappaletta sen luoma kenttä on vahvempi kuin kaukana.
On syytä muistaa, että sähkökenttään varautunut sauva ei vaikuta varautuneeseen holkkiin, vaan holkki puolestaan vaikuttaa tikkuun sähkökentällä. Tällaisessa keskinäisessä toiminnassa toisiaan kohtaan ja ilmenee sähköinen vuorovaikutus ladattuja ruumiita.
Sähkökenttä ilmenee myös eristekokeissa. Kun dielektrinen aine asetetaan sähkökenttään, sen molekyylien positiivisesti varautuneet osat (atomiytimet) siirtyvät yhteen suuntaan kentän vaikutuksesta ja negatiivisesti varautuneet osat (elektronit) siirtyvät toiseen suuntaan. Tätä ilmiötä kutsutaan dielektrinen polarisaatio. Polarisaatio selittää yksinkertaisimmat kokeet kevyiden paperipalojen houkuttelemiseksi sähköistettyyn kappaleeseen. Nämä osat ovat yleensä neutraaleja. Kuitenkin sähköistetyn kappaleen (esimerkiksi lasisauvan) sähkökentässä ne ovat polarisoituneita. Kappaleen pinnalla, joka on lähempänä keppiä, näkyy varaus vastakkaisessa etumerkissä kuin kepin varaus. Vuorovaikutus sen kanssa johtaa paperinpalojen houkuttelemiseen sähköistettyyn kehoon.
sähköinen voima
Voimaa, jolla sähkökenttä vaikuttaa varautuneeseen kappaleeseen (tai hiukkaseen), kutsutaan sähköinen voima:
Fel- sähköinen voima.
Tämän voiman vaikutuksesta sähkökentässä oleva hiukkanen saa kiihtyvyyden a, joka voidaan määrittää käyttämällä Newtonin toista lakia:
missä m on annetun hiukkasen massa.
Faradayn ajoista lähtien sähkökentän graafiseen esittämiseen on ollut tapana käyttää voimalinjat.
Sähkökenttälinjat ovat viivoja, jotka osoittavat voiman suunnan, joka vaikuttaa tähän kenttään siihen sijoitettuun positiivisesti varautuneeseen hiukkaseen. Positiivisesti varautuneen kappaleen muodostaman kentän voimalinjat on esitetty kuvassa 16, a. Kuva 16, b esittää negatiivisesti varautuneen kappaleen muodostaman kentän voimalinjat.
Samanlainen kuva voidaan havaita käyttämällä yksinkertaista laitetta nimeltä sähkösultaani. Kun olemme ilmoittaneet hänelle varauksesta, näemme kuinka kaikki hänen paperinauhansa hajaantuvat eri suuntiin ja sijoittuvat sähkökentän voimalinjoille (kuva 17).
Kun varautunut hiukkanen joutuu sähkökenttään, sen nopeus tässä kentässä voi joko kasvaa tai laskea. Jos hiukkasvaraus q>0, niin voimalinjoja pitkin liikkuessaan se kiihtyy ja vastakkaiseen suuntaan liikkuessaan hidastuu. Jos hiukkasvaraus q<0, то все будет наоборот ее скорость будет уменьшаться при движении в направлении силовых линий и увеличиваться при движении в противоположном направлении.
On mielenkiintoista tietää
Tämän päivän sähkökenttää koskevasta aiheesta opimme, että se on olemassa avaruudessa, joka on sähkövarauksen ympärillä.
Katsotaanpa, kuinka suuntaa omaavien voimalinjojen avulla tämä sähkökenttä voidaan kuvata kaavioiden avulla:
Olet todennäköisesti kiinnostunut tietämään, että ilmakehässämme toimii eri vahvuisia sähkökenttiä. Jos tarkastellaan sähkökenttää universumin näkökulmasta, niin yleensä maapallolla on negatiivinen varaus, mutta pilvien pohja on positiivinen. Ja sellaisia varautuneita hiukkasia, kuten ioneja, on ilmassa ja sen pitoisuus vaihtelee eri tekijöiden mukaan. Nämä tekijät riippuvat sekä vuodenajasta että sääolosuhteista ja ilmakehän tiheydestä.
Ja koska ilmakehä on läpäissyt nämä hiukkaset, jotka jatkuvassa liikkeessä ja joille on ominaista muutokset joko positiivisissa tai negatiivisissa ioneissa, pyrkivät vaikuttamaan ihmisen hyvinvointiin ja terveyteen. Ja mielenkiintoisin asia on, että positiivisten ionien suuri ylivalta ilmakehässä voi aiheuttaa epämukavuutta kehossamme.
Sähkömagneettisen kentän biologinen vaikutus
Ja nyt puhutaan EMF:n biologisesta vaikutuksesta ihmisten terveyteen ja sen vaikutuksesta eläviin organismeihin. Osoittautuu, että elävät organismit, jotka ovat sähkömagneettisen kentän vaikutusalueella, ovat alttiina voimakkaille sen vaikutustekijöille.
Pitkä oleskelu sähkömagneettisen kentän alueella vaikuttaa negatiivisesti ihmisen terveyteen ja hyvinvointiin. Joten esimerkiksi henkilöllä, jolla on allergisia sairauksia, tällainen altistuminen EMF:lle voi aiheuttaa epileptisen kohtauksen. Ja jos henkilö oleskelee sähkömagneettisessa kentässä pidempään, sairauksia voi kehittyä paitsi sydän- ja verisuoni- ja hermostojärjestelmiin, myös syöpäsairauksia.
Tutkijat ovat osoittaneet, että missä sähkökenttä vaikuttaa voimakkaasti, myös hyönteisten käyttäytymismuutoksia voidaan havaita. Tämä negatiivinen vaikutus voi ilmetä aggressiivisuuden, ahdistuksen ja suorituskyvyn heikkenemisenä.
Tällaisen vaikutuksen alaisena kasveilla voidaan havaita myös epänormaalia kehitystä. Kasvien sähkömagneettisen kentän vaikutuksesta terälehtien koko, muoto ja lukumäärä voivat muuttua.
Mielenkiintoisia faktoja sähköstä
Sähköalan löydöt ovat yksi ihmisen tärkeimmistä saavutuksista, koska nykyaikainen elämä ilman tätä löytöä on nyt jopa vaikea kuvitella.
Tiesitkö, että joissain osissa Afrikkaa ja Etelä-Amerikkaa on kyliä, joissa ei vieläkään ole sähköä. Ja tiedätkö kuinka ihmiset selviävät tästä tilanteesta? Osoittautuu, että he valaisevat kotinsa hyönteisten, kuten tulikärpästen, avulla. Ne täyttävät lasipurkit näillä hyönteisillä ja saavat valoa tulikärpästen avulla.
Tiedätkö mehiläisten kyvystä kerätä positiivista sähkövarausta lennon aikana? Mutta kukilla on negatiivinen sähkövaraus ja tästä johtuen niiden siitepöly itse vetää puoleensa mehiläisen kehoon. Mutta mielenkiintoisin asia on, että tällaisen mehiläisen ja kukan välisen kosketuksen kenttä muuttaa kasvin sähkökenttää ja antaa ikään kuin muille mehiläishenkilöille signaalin siitepölyn puuttumisesta tässä kasvissa.
Mutta kalamaailmassa tunnetuimmat sähkömetsästäjät ovat rauskut. Neutraloidakseen saaliinsa stingray lamauttaa sen sähköpurkauksilla.
Tiesitkö, että sähköankeriailla on voimakkain sähköpurkaus. Näiden makean veden kalojen purkausjännite voi olla 800 V.
Kotitehtävät
1. Mikä on sähkökenttä?
2. Mitä eroa on kentällä ja aineella?
3. Listaa sähkökentän tärkeimmät ominaisuudet.
4. Mitä sähkökenttäviivat osoittavat?
5. Miten varautuneen hiukkasen kiihtyvyys liikkuu sähkökentässä?
6. Missä tapauksessa sähkökenttä lisää hiukkasen nopeutta ja missä vähentää sitä?
7. Miksi neutraalit paperinpalat houkuttelevat sähköistettyä kappaletta?
8. Selitä, miksi sähkösulttaanin latauksen jälkeen hänen paperiliuskat poikkeavat eri suuntiin.
Kokeellinen tehtävä.
Sähköistä kampa hiuksiin ja kosketa sitä sitten pienellä vanupalalla (nukkaa). Mitä puuvillalle tapahtuu? Ravista nukkaa kammasta ja, kun se on ilmassa, nosta se samalle korkeudelle korvaamalla sähköistetty kampa alhaalta jostain etäisyydeltä. Miksi nukka lakkaa putoamasta? Mikä pitää hänet ilmassa?
S.V. Gromov, I.A. Isänmaa, fysiikka luokka 9
Sähkökenttä syntyy avaruudessa varauksen tai varautuneen kappaleen ympärille. Tässä kentässä sähköstaattinen Coulombin voima vaikuttaa kaikkiin varauksiin. Kenttä on aineen muoto, joka välittää voimavuorovaikutuksia makroskooppisten kappaleiden tai aineen muodostavien hiukkasten välillä. Sähköstaattisessa kentässä tapahtuu varautuneiden kappaleiden voimavuorovaikutus. Sähköstaattinen kenttä - paikallaan pysyvä sähkökenttä, on erityinen tapaus sähkökentästä, joka syntyy kiinteiden varausten avulla.
Sähkökenttää luonnehtivat kussakin avaruuden pisteessä kaksi ominaisuutta: voima - sähkön intensiteetin vektori ja energia - potentiaali, joka on skalaarisuure. Tietyn sähkökentän pisteen voimakkuus on vektorifyysinen suure, joka on numeerisesti yhtä suuri ja osuu suunnassa yhteen sen voiman kanssa, joka vaikuttaa kentästä yksikön positiiviseen varaukseen, joka on sijoitettu tarkasteltavaan kentän pisteeseen:
Sähkökentän voimaviiva on viiva, jonka tangentit kussakin pisteessä määräävät sähkökentän vastaavien pisteiden intensiteettivektorien suunnat. Näihin linjoihin normaalin yksikköalueen läpi kulkevien voimaviivojen lukumäärä 0 on numeerisesti yhtä suuri kuin sähkökentän voimakkuusvektorin suuruus tämän alueen keskellä. Sähköstaattiset kentänvoimakkuusviivat alkavat positiivisesta varauksesta ja menevät äärettömyyteen tämän varauksen luomassa kentässä. Negatiivisen varauksen luomassa kentässä voimalinjat tulevat äärettömyydestä varaukseen.
Sähköstaattisen kentän potentiaali tietyssä pisteessä on skalaariarvo, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin yksittäisen kentän tiettyyn pisteeseen sijoitetun positiivisen varauksen potentiaalienergia:
Sähköstaattisen kentän voimien tekemä työ pistesähkövarausta liikuttaessa on yhtä suuri kuin tämän varauksen ja polun alku- ja loppupisteen välisen potentiaalieron tulo:
missä ja ovat kentän alku- ja loppupisteiden potentiaalit varauksen liikkuessa.
Intensiteetti liittyy sähköstaattisen kentän potentiaaliin seuraavalla suhteella:
Potentiaaligradientti osoittaa nopeimman potentiaalinmuutoksen suunnan, kun liikutaan suunnassa, joka on kohtisuorassa samanpotentiaalisen pinnan kanssa.
Kentänvoimakkuus on numeerisesti yhtä suuri kuin potentiaalin muutos pituusyksikköä kohti , lasketaan suuntaan, joka on kohtisuorassa yhtäläisen potentiaalin pintaan nähden ja suunnataan sen pienenemisen suuntaan (miinusmerkki):
Sähkökenttäpisteiden paikkaa, joiden potentiaalit ovat samat, kutsutaan ekvipotentiaalipinnaksi tai tasapotentiaaliseksi pinnaksi. Jokaisen sähkökentän pisteen intensiteettivektori on normaali tämän pisteen läpi vedetyn ekvipotentiaalipinnan suhteen. Kuvassa Kuvio 1 esittää graafisesti positiivisen pistevarauksen ja negatiivisesti varautuneen tason muodostamaa sähkökenttää R.
Kiinteät viivat ovat potentiaalintasaisia pintoja, joilla on potentiaalit , jne., katkoviivat ovat voimakenttäviivoja, joiden suunta on esitetty nuolella.
Mikä antaa meille mahdollisuuden väittää, että varautuneen kappaleen ympärillä on sähkökenttä?
- Sähkömagneettisten jännitys- ja pyörrekenttien läsnäolo.
- sähkökentän vaikutus varaukseen.
yksinkertainen kokemus:
1. Otat puisen tikun ja sitot siihen silkkilangalla kiiltävästä suklaakääreestä tehdyn hihan.
2. hiero kahvaa hiuksiin tai villaan
3. tuo kahva holkkiin - holkki poikkeaa
Tämän avulla voimme väittää, että varautuneen kappaleen (tässä tapauksessa kynän) ympärillä on sähkökenttä))) - joku auttaa minua ratkaisemaan ongelman
http://answer.mail.ru/question/94520561 - se on oppikirjassa)
- Linkki (electrono.ru Sähkökentän voimakkuus, sähköinen. .)
- Sähköisesti varautuneen kappaleen ympärillä olevassa tilassa on sähkökenttä, joka on yksi ainetyypeistä. Sähkökentässä on sähköenergiavarasto, joka ilmenee kentällä varautuneisiin kappaleisiin vaikuttavien sähkövoimien muodossa.
Sähkökenttä on perinteisesti kuvattu sähköisten voimalinjojen muodossa, jotka osoittavat sähkökentän synnyttämien sähkövoimien toimintasuunnan.
Sähköiset voimalinjat eroavat eri suuntiin positiivisesti varautuneista kappaleista ja konvergoivat kappaleissa, joissa on negatiivinen varaus. Kahden litteän, vastakkaisesti varautuneen yhdensuuntaisen levyn luomaa kenttää kutsutaan yhtenäiseksi.
Sähkökenttä voidaan tehdä näkyväksi asettamalla siihen nestemäiseen öljyyn suspendoituneita kipsihiukkasia: ne pyörivät kenttää pitkin sen voimalinjoja pitkin. Homogeeninen kenttä on sähkökenttä, jonka intensiteetti on sama suuruudeltaan ja suunnaltaan kaikissa avaruuden pisteissä.Wikipedia: Sähkökentän kvantifioimiseksi otetaan käyttöön voimaominaisuus - sähkökentän voimakkuus - fyysinen vektorisuure, joka on yhtä suuri kuin sen voiman suhde, jolla kenttä vaikuttaa positiiviseen testivaraukseen, joka on sijoitettu tiettyyn avaruuden pisteeseen tästä maksusta. Jännitysvektorin suunta on jokaisessa avaruuden pisteessä sama kuin positiiviseen testivaraukseen vaikuttavan voiman suunta.
Suunnilleen tasainen on kenttä kahden vastakkaisesti varautuneen litteän metallilevyn välillä. Tasaisessa sähkökentässä jännitysviivat ovat yhdensuuntaiset toistensa kanssa. - Lataa itsesi ja kaada nukkaa itsellesi tyynystä. Kaikki tulee olemaan hyvin selvää.
- Jos tuot ensimmäiseen sähköisesti varautuneeseen esineeseen toisen, myös el. varattu esine, voit nähdä niiden vuorovaikutuksen, mikä todistaa sähkökentän olemassaolon.
- Voit lukea fysiikan lakeja
- Sähkökenttä on aineen erityinen muoto, joka esiintyy kappaleiden tai hiukkasten ympärillä, joilla on sähkövaraus, sekä vapaassa muodossa sähkömagneettisissa aalloissa. Sähkökenttä on suoraan näkymätön, mutta se voidaan havaita sen toiminnan ja instrumenttien avulla. Sähkökentän päätoiminto on sähkövarauksen omaavien kappaleiden tai hiukkasten kiihtyvyys.
Sähkökenttää voidaan pitää matemaattisena mallina, joka kuvaa sähkökentän voimakkuuden arvoa tietyssä avaruuden pisteessä. Douglas Giancoli kirjoitti: ”Tulisi korostaa, että kenttä ei ole eräänlainen aine; oikeammin sanottuna tämä on erittäin hyödyllinen käsite... Kysymys sähkökentän "todellisuudesta" ja olemassaolosta on itse asiassa filosofinen, pikemminkin jopa metafyysinen kysymys. Fysiikassa kentän käsite on osoittautunut erittäin hyödylliseksi - se on yksi ihmismielen suurimmista saavutuksista.
Sähkökenttä on yksi yksittäisen sähkömagneettisen kentän komponenteista ja sähkömagneettisen vuorovaikutuksen ilmentymä.
Sähkökentän fysikaaliset ominaisuudet
Tällä hetkellä tiede ei ole vielä ymmärtänyt sähköisten, magneettisten ja gravitaatiokenttien fysikaalista olemusta eikä niiden vuorovaikutusta keskenään. Toistaiseksi niiden mekaanisen vaikutuksen tuloksia varautuneisiin kappaleisiin on vain kuvattu, ja on olemassa myös teoria sähkömagneettisesta aallosta, jota kuvaavat Maxwellin yhtälöt.Kenttävaikutus - Kenttävaikutus piilee siinä, että kun sähkökenttä vaikuttaa sähköä johtavan väliaineen pintaan sen pintakerroksessa, vapaiden varauksenkuljettajien pitoisuus muuttuu. Tämä vaikutus on kenttätransistorien toiminnan taustalla.
Sähkökentän päävaikutus on voiman vaikutus paikallaan oleviin (suhteessa tarkkailijaan) sähköisesti varautuneisiin kappaleisiin tai hiukkasiin. Jos varautunut kappale on kiinnitetty avaruuteen, se ei kiihdy voiman vaikutuksesta. Magneettikenttä (Lorentzin voiman toinen komponentti) kohdistaa myös voiman liikkuviin varauksiin.
Sähkökentän havainnointi jokapäiväisessä elämässä
Sähkökentän luomiseksi on välttämätöntä luoda sähkövaraus. Hiero jotain eristettä villaan tai vastaavaan, kuten muovikynä omiin hiuksiin. Kahvaan syntyy varaus ja sen ympärille sähkökenttä. Ladattu kynä houkuttelee pienet paperinpalat itseensä. Jos hierotaan villaan leveämpää esinettä, esimerkiksi kuminauhaa, niin pimeässä voi nähdä sähköpurkauksista aiheutuvia pieniä kipinöitä.Televisioruudun lähellä syntyy usein sähkökenttä, kun televisio kytketään päälle tai pois päältä. Tämä kenttä voidaan tuntea sen vaikutuksesta käsivarsien tai kasvojen hiuksiin.
Kuten tiedätte, johtimille on ominaista se, että ne sisältävät aina suuren määrän liikkuvia varauksenkantajia eli vapaita elektroneja tai ioneja.
Johtimen sisällä nämä varauksenkantajat liikkuvat yleisesti ottaen satunnaisesti. Kuitenkin, jos johtimessa on sähkökenttä, niin niiden järjestetty liike sähkövoimien toiminnan suunnassa on päällekkäin kantajien kaoottisen liikkeen kanssa. Tämä liikkuvien varauksenkuljettajien suunnattu liike johtimessa kentän vaikutuksen alaisena tapahtuu aina siten, että johtimen sisällä oleva kenttä heikkenee. Koska liikkuvien varauksenkantajien määrä johtimessa on suuri, metalli sisältää vapaita elektroneja), niiden liikettä kentän vaikutuksesta tapahtuu, kunnes johtimen sisällä oleva kenttä katoaa kokonaan. Selvitetään tarkemmin, kuinka tämä tapahtuu.
Laitetaan metallijohdin, joka koostuu kahdesta tiukasti toisiinsa puristetusta osasta ulkoiseen sähkökenttään E (kuva 15.13). Tässä johtimessa oleviin vapaisiin elektroneihin vaikuttavat kenttävoimat, jotka suuntautuvat vasemmalle, toisin sanoen kentänvoimakkuusvektorin vastakkaiseen suuntaan. (Selitä miksi.) Näiden voimien aiheuttaman elektronien siirtymisen seurauksena johtimen oikeaan päähän ilmaantuu ylimäärä positiivisia varauksia ja vasempaan päähän ylimäärä elektroneja. Siksi johtimen päiden väliin syntyy sisäinen kenttä (siirrettyjen varausten kenttä), joka kuvassa 1. 15.13 on esitetty katkoviivoin. Sisällä
Tämä kenttä on suunnattu ulompaa kohti, ja jokainen johtimen sisällä oleva vapaa elektroni vaikuttaa oikealle suunnatulla voimalla.
Aluksi voima on suurempi kuin voima ja niiden resultantti suunnataan vasemmalle. Siksi johtimen sisällä olevat elektronit siirtyvät edelleen vasemmalle ja sisäkenttä kasvaa vähitellen. Kun johtimen vasempaan päähän kertyy tarpeeksi vapaita elektroneja (ne muodostavat silti merkityksettömän osan kokonaismäärästään), voima tulee yhtä suureksi kuin voima ja niiden resultantti on yhtä suuri kuin nolla. Sen jälkeen johtimeen jääneet vapaat elektronit liikkuvat vain satunnaisesti. Tämä tarkoittaa, että johtimen sisällä oleva kenttävoimakkuus on nolla, eli kenttä johtimen sisällä on kadonnut.
Joten kun johdin tulee sähkökenttään, se sähköistyy niin, että sen toisessa päässä syntyy positiivinen varaus ja toisessa samansuuruinen negatiivinen varaus. Tällaista sähköistämistä kutsutaan sähköstaattiseksi induktioksi tai sähköistymiseksi vaikutuksesta. Huomaa, että tässä tapauksessa vain johtimen omat varaukset jaetaan uudelleen. Siksi, jos tällainen johdin poistetaan kentästä, sen positiiviset ja negatiiviset varaukset jakautuvat jälleen tasaisesti johtimen koko tilavuuteen ja kaikki sen osat muuttuvat sähköisesti neutraaleiksi.
On helppo varmistaa, että vaikutuksesta sähköistetyn johtimen vastakkaisissa päissä on todellakin yhtä paljon päinvastaisen etumerkin varauksia. Jaamme tämän johtimen kahteen osaan (kuva 15.13) ja poistamme ne sitten kentältä. Kytkemällä jokainen johtimen osa erilliseen sähköskooppiin varmistamme, että ne ovat latautuneet. (Mieti, kuinka voit osoittaa, että nämä varaukset ovat vastakkaisia.) Jos asetat molemmat osat takaisin yhteen siten, että ne muodostavat yhden johtimen, huomaat, että varaukset neutraloituvat. Tämä tarkoittaa, että ennen kytkentää varaukset johtimen molemmissa osissa olivat suuruudeltaan samat ja etumerkillisesti vastakkaiset.
Aika, jonka aikana johdin sähköistyy vaikutuksen vaikutuksesta, on niin lyhyt, että johtimen varaustasapaino syntyy lähes välittömästi. Tässä tapauksessa jännitys ja siten johtimen sisällä oleva potentiaaliero on kaikkialla yhtä suuri kuin nolla. Sitten kahdelle johtimen sisällä olevalle pisteelle relaatio
Siksi, kun johtimen varaukset ovat tasapainossa, sen kaikkien pisteiden potentiaali on sama. Tämä koskee myös johtimia, jotka on sähköistetty joutuessaan kosketuksiin varautuneen kappaleen kanssa. Ota johtava pallo ja aseta panos sen pinnan pisteeseen M (kuva 15.14). Sitten johtimeen ilmestyy lyhyeksi aikaa kenttä ja kohdassa M - ylimääräinen varaus. Tämän kentän voimien vaikutuksen alaisena
varaus jakautuu tasaisesti pallon koko pinnalle, mikä johtaa kentän katoamiseen johtimen sisällä.
Joten riippumatta siitä, kuinka johdin on sähköistetty, kun varaukset ovat tasapainossa, johtimen sisällä ei ole kenttää, ja johtimen kaikkien pisteiden potentiaali on sama (sekä johtimen sisällä että pinnalla). Samaan aikaan sähköistetyn johtimen ulkopuolinen kenttä on tietysti olemassa ja sen jännitysviivat ovat normaaleja (suorassa) johtimen pintaan nähden. Tämä näkyy seuraavasta keskustelusta. Jos jännitysviiva olisi jossain johtimen pintaa vasten (kuva 15.15), niin pinnan tässä kohdassa varaukseen vaikuttava voima voitaisiin hajottaa komponenteiksi. Pinta-alalla varaukset liikkuisivat johtimen pintaa pitkin, mikä, jos varaustasapainoa ei pitäisi olla. Siksi, kun johtimen varaukset ovat tasapainossa, sen pinta on ekvipotentiaalipinta.
Jos varatun johtimen sisällä ei ole kenttää, siinä olevien varausten tilavuustiheyden (sähkön määrä tilavuusyksikköä kohti) on oltava kaikkialla nolla.
Todellakin, jos jossakin pienessä johtimen tilavuudessa olisi varaus, tämän tilavuuden ympärillä olisi sähkökenttä.
Kenttäteoriassa on todistettu, että tasapainotilassa sähköistyneen johtimen koko ylimääräinen varaus sijaitsee sen pinnalla. Tämä tarkoittaa, että tämän johtimen koko sisäpuoli voidaan poistaa, eikä mikään muutu sen pinnan varausten sijoittelussa. Jos esimerkiksi sähköistät kaksi samankokoista erillistä metallipalloa, joista toinen on kiinteä ja toinen ontto, pallojen ympärillä olevat kentät ovat samat. M. Faraday todisti tämän ensin kokeellisesti.
Joten jos ontto johdin asetetaan sähkökenttään tai sähköistetään koskettamalla varattua kappaletta, niin
Kun varaukset ovat tasapainossa, onkalon sisällä ei ole kenttää. Tämä on sähköstaattisen suojan perusta. Jos laite sijoitetaan metallikoteloon, ulkoiset sähkökentät eivät tunkeudu kotelon sisään, eli tällaisen laitteen toiminta ja lukemat eivät riipu ulkoisten sähkökenttien olemassaolosta ja muutoksesta.
Selvitetään nyt, kuinka varaukset sijaitsevat johtimen ulkopinnalla. Ota metalliverkko kahteen eristävään kahvaan, joihin paperiarkit liimataan (kuva 15.16). Jos lataat ristikon ja sitten venytät sitä (Kuva 15.16, a), lehdet leviävät ristikon molemmilta puolilta. Jos verkko on taivutettu renkaaksi, vain verkon ulkopuolella olevat lehdet poikkeavat (kuva 15.16, b). Antamalla ruudukolle erilainen taivutus, voidaan varmistaa, että varaukset sijaitsevat vain pinnan kuperalla puolella, ja niihin kohtiin, joissa pinta on kaarevampi (pienempi kaarevuussäde), varauksia kertyy enemmän.
Joten varaus jakautuu tasaisesti vain pallomaisen johtimen pinnalle. Satunnaisella johtimen muodolla pintavarauksen tiheys ja siten kentänvoimakkuus lähellä johtimen pintaa on suurempi siellä, missä pinnan kaarevuus on suurempi. Varaustiheys on erityisen korkea johtimen ulkonemissa ja reunoissa (kuva 15.17). Tämä voidaan varmistaa koskettamalla sähköistetun johtimen eri kohtia anturin ja sitten sähköskoopin avulla. Sähköistetty johdin, jolla on pisteitä tai jolla on piste, menettää nopeasti varauksensa. Siksi johtimessa, jossa varausta on säilytettävä pitkään, ei pitäisi olla pisteitä.
(Mieti, miksi sähköskoopin sauva päättyy palloon.)
