Сторінка
2

Провідники в електричному полі

З протилежного боку стрічки навпроти щіток 5 поміщають металеву заземлену пластинку для підсилення стікання зарядів із щіток 5 на стрічку 4.

Сила електричного струму, який переноситься транспортером, обчислюється за формулою:

де - поверхнева густина зарядів; - ширина транспортера; - його швидкість. Якщо біля високовольтного електрода 1 на транспортер наносяться заряди протилежного знака, то сила струму збільшується у 2 рази.

Перші зразки генераторів Ван де Графа мали відкриту конструкцію і давали змогу одержувати потенціали до 1МВ. За допомогою сучасних удосконалених генераторів одержують напругу до 20МВ, а ККД електростатичних генераторів становить 15-20%. Електростатичні генератори використовують у прискорювачах заряджених частинок і в слабкострумовій високовольтній техніці.

Поверхня зарядженого провідника при рівновазі є еквіпотенціальною, однак поверхнева густина заряду залежить від кривизни. Досліди, наприклад із сіткою

Кольбе, показують, що поверхнева густина заряду є більшою там, де більша кривизна поверхні. Доведемо це на прикладі двох заряджених куль радіусами R1 і R2, з’єднаних між собою тонким провідником. Після встановлення рівноваги заряди на кулях розподіляються так, що їхні потенціали будуть однаковими, тобто .Оскільки

Отже, поверхнева густина зарядів на кулях обернено пропорційна їхнім радіусам кривизни, тобто де кривизна поверхні зарядженого тіла є більшою, там і густина заряду більша. Оскільки біля поверхні зарядженого провідника , то в місцях з великою кривизною (вістря) і відповідно набувають дуже великих значень. Це сприяє стіканню електричних зарядів із металевих вістер. Стікання зарядів з вістер використовують для побудови блискавковідводів. У високовольтних лініях електропередач стікання зарядів із загострених частин проводів призводять до значних втрат енергії.

Провідники в електричному полі

У нейтральних провідниках завжди є однакова кількість позитивних і негативних зарядів. У провідниках першого ряду (металах) наявні вільні електрони, які перебувають у безперервному хаотичному русі в межах провідника. При внесенні такого провідника в зовнішнє електричне поле (наприклад, однорідне з напруженістю ) на позитивні і негативні заряди діятиме сила : позитивні заряди ця сила зміщуватиме в напрямі , а негативні - у протилежному напрямі. Оскільки позитивні заряди в металах – це іони, закріплені у вузлах кристалічної градки, то вони можуть переміщатись лише на мікроскопічні відстані. Вільні електрони, навпаки, переміщатимуться проти напряму на макроскопічній відстані. Внаслідок цього в металі відбудеться перерозподіл електричних зарядів: ближня грань у напрямі поля зарядиться негативно, а дальня збіднюється електронами і зарядиться позитивно. Явище перерозподілу електричних зарядів у провіднику під дією зовнішнього електричного поля і виникнення внаслідок цього електризації провідника називають електростатичною індукцією або електризацією через вплив. Індуковані на протилежних у напрямі поля гранях провідника різнойменні заряди створюють у середині нього внутрішнє електричне поле, вектор напруженості якого напрямлений протилежно до напряму вектора зовнішнього поля. Переміщення вільних електронів у металі під дією продовжуватиметься доти, доки не настане взаємна компенсація зовнішнього і наведеного полів, тобто стануть рівними за абсолютним значенням .Густина індукованих зарядів на поверхні провідника прямо пропорційно залежить від напруженості зовнішнього електричного поля.

Явище електростатичної індукції можна використати для того, щоб зарядити тіла зарядами протилежного знака. Для цього два провідних тіла А і В з’єднують між собою тонким провідником і систему розміщують вздовж зовнішнього поля. На ближньому в напрямі поля тіла виникає негативний заряд, на дальньому - позитивний. Якщо роз’єднати тіла, а потім зняти зовнішнє електричне поле, то дальнє тіло залишиться зарядженим позитивно (на цьому виявиться нестача електронів), а ближнє буде зарядженим негативно (надлишок електронів).

-

Використана література

1.І.М.Кучерук. Загальний курс фізики. Електрика і магнетизм. Том 2. Київ “Техніка”, 2001.

2.С.М.Пастушенко. Фізика. Довідник для студентів. Книжка перша. КУЦА Діал, 1996.