Am văzut că suprafața conductorului, atât neutru și încărcat, este o suprafață echipotențială (§ 24) și intensitatea câmpului în interiorul conductorului este zero (§ 16). Același lucru este valabil și pentru conductorul gol: suprafața este o echipotențială de suprafață și câmp în interiorul cavității este zero, indiferent de cât de mult a fost încărcat conductor, cu excepția cazului, desigur, în interiorul cavității nu este izolată de organele de conductor încărcat.
Fig. 53. Experiența Faraday
Fig. 54. Modificarea experienței Faraday. cușcă de metal încărcat. Foi de hârtie se abat de la exterior, ceea ce indică prezența unei taxe pe suprafețele exterioare ale pereților celulelor. În interiorul celulelor nu există nici o taxă, coli de hârtie nu se abate
Fig. 55. Investigarea distribuție de sarcină în conductorul 1, prin intermediul unei plăci de testare 2. În interiorul conductorului de încărcare cavitatea întrebat
frunze. Acest lucru arată că există câmpul electric numai în spațiul dintre celulă și obiectele din jur, adică în afara celulei ..; în același domeniu de celule este absent. Atunci când încărcarea de orice taxe de fir distribuite în acesta, astfel încât câmpul electric în interiorul acestuia dispare, iar diferența de potențial dintre oricare două puncte este zero. Să vedem cum se face taxele trebuie să accepte.
Încărcați conductorul tubular, de exemplu o bilă tubular izolat 1 (Fig. 55) având o gaură mică. Ia un metal mic placă 2 montat pe mâner izolant ( „placă test“) puteți atinge orice spațiu suprafața exterioară a balonului și apoi adus în contact cu un electroscop. foi electroscop diverg la un anumit unghi, indicând astfel că placa de testare în contact cu mingea încărcată. În cazul în care, cu toate acestea, vom atinge pe o placă de testare a suprafeței interioare a bilei, placa va rămâne fără sarcină, indiferent de cât de mult a fost încărcată pasă spicuite taxe poate fi doar pe suprafața exterioară a conductorului, dar în interior este imposibil. Mai mult decât atât, dacă pre-încărcare placă de testare și va atinge suprafața interioară a conductorului, toată taxa va trece la acest conductor. Acest lucru se întâmplă indiferent dacă orice sarcină a avut deja pe conductorul. În § 19 am explicat în detaliu acest fenomen. Deci, într-o stare de echilibru de taxe sunt distribuite numai pe suprafața exterioară a conductorului. Desigur, dacă am repetat cu un conductor gol de experiență, prezentat în Fig. 45, referindu-se la capătul firului conductor care duce la electrometru, ar vedea că întreaga suprafață a conductorului, atât externe cât și interne, este o suprafață a unei clădiri: distribuția de încărcare de-a lungul suprafeței exterioare a conductorului este rezultatul unui câmp electric. Numai atunci când toată încărcătura se va deplasa la suprafața conductorului, echilibrul este stabilit, adică. E. Intensitatea câmpului în interiorul conductorului devine egală cu zero și toți termenii conductor (suprafața exterioară și suprafața interioară în ceea ce privește grosimea de metal) va avea același potențial.
Astfel, suprafața conductoare protejează complet suprafața pe care-l înconjoară, acțiunea câmpului electric produs de taxe situate pe suprafața sau în afara acesteia. Liniile de câmp externe termina pe suprafață, în stratul conductor, acestea nu pot trece, iar cavitatea interioară este liber de smoală. De aceea, aceste suprafețe metalice sunt numite protecție electrostatică. Este interesant de notat că, chiar și o suprafață făcută din plasă metalică, pot fi protejate numai în cazul în care o grilă suficient de densă.
31.1. În centrul sferei tubular este responsabil de metal izolat. Nu a deviat bob încărcat suspendat pe un fir de mătase și plasat în afara mingea? Dezasambla detaliu ce se întâmplă. Ce se întâmplă în cazul în care mingea este la pământ?
31.2. De ce este revista de pulbere pentru protecția împotriva fulgerelor este înconjurată din toate părțile de o grilă de metal la pământ? De ce este introdus în conducte de apă, de asemenea, o astfel de construcție ar trebui să fie bine fundamentată?
Faptul că taxele sunt distribuite pe suprafața exterioară a unui conductor, de multe ori utilizate în practică. Când se dorește să transfere o întreagă sarcină a unui conductor pe electroscop (sau electrometru), apoi atașat la electroscop posibil cavitatea metalică închisă și un conductor încărcat este introdus în cavitate. Conductorul va fi complet descărcat, și toată sarcina sa merge la electroscopului. Acest dispozitiv este în onoarea lui Faraday numit „Faraday cupa“, deoarece, în practică, această cavitate este cel mai adesea realizat sub forma unui cilindru metalic. Am folosit această proprietate Faraday cilindru (cup) în experimentul prezentat în Fig. 9 și a explicat în detaliu în § 19 lui.
Van de Graaf a propus să utilizeze proprietățile cilindrului Faraday pentru a produce tensiuni foarte mari. Principiul acțiunii generatorului este prezentată în Fig. 56. nesfârșită centura 1 din orice material izolator cum ar fi matase, prin intermediul deplasează cu motor pe două role și un capăt merge în interiorul izolat tubular din bilă de metal pământ 2. În afara mingii cu ajutorul curelei perie 3 este încărcat de o sursă, de exemplu, baterie sau mașină electrică 4, la o tensiune de 30-50 kV față de Pământ, în cazul în care al doilea pol al bateriei autovehiculului sau la pământ. În interiorul castron 2 porțiunea încărcată de atingere benzii perie 5 și da complet mingea sarcina sa, care este acum redistribuit pe suprafața exterioară a balonului. Datorită acestui fapt, nimic nu împiedică transferul de sarcină continuă să mingea. Tensiunea dintre bilă 2 și pământul este în continuă creștere. Astfel, este posibil să se obțină o tensiune de mai multe milioane de volți. Aceste mașini au fost utilizate în experimente pe divizarea nucleelor atomice.
Fig. 56. Principiul dispozitivului de Van de Graaff
Pentru a răspunde la întrebarea cu privire la distribuirea de încărcare în conductorul, avem nevoie pentru a clarifica unele dintre proprietățile liniilor de forță ale câmpului electrostatic. Să ne amintim că linia de forță a câmpului electric (inclusiv electrostatic) - este o linie imaginară în spațiu, a avut loc, astfel încât o tangentă la aceasta, la fiecare punct coincide cu vectorul câmpului electric în acest punct. Experiența de a studia câmpuri electrostatice oferă motive pentru a concluziona că liniile de forță ale câmpurilor sunt continue și nu sunt închise, ele pot începe numai la sarcini pozitive și se încheie numai pe negativ, și nu poate începe (sfârșit) într-un punct în spațiu în cazul în care nu există taxe. În ilustrația grafică a câmpului unui sistem de încărcare, numărul de linii de forță care provin sau se termină la orice sarcină, proporțională cu modulul acestei taxe. Rezultă că taxa de la orice mod necesar plece (sau include-l) puterea liniei.
După ce a fost spus despre liniile de înaltă tensiune vin înapoi la problema distribuirii taxei într-un conductor. Isolate volum arbitrar mental suficient de mici # 916; V în interiorul conductorului (figura 1.). Să presupunem că acest volum este taxa (pentru a fi specific, pozitiv). Apoi, din volumul selectat va ieși din linia de alimentare, de ex., E. apropiat va exista câmpul electric. Dar câmpul din interiorul conductorului acolo. Prin urmare, un volum dedicat ar trebui să fie neutru. Și, din moment ce acest volum este luată de către noi într-un loc arbitrar în interiorul conductorului, este posibil să se afirme că toate „interiorul“ de conductoare neutre, și, prin urmare, întreaga încărcătura stocată pe suprafața sa conductor.
În cazul în care conductorul este plasat într-o câmpuri electrostatice externe sau încărcați-l, taxele pe conductorul va acționa în câmp electrostatic, prin care ei încep să se miște. sarcinilor mobile (curente) continuă până când, până la o distribuție de echilibru a taxelor la care câmpul electrostatic în interiorul conductorului dispare. Acest lucru se întâmplă într-un timp foarte scurt. De fapt, în cazul în care câmpul nu este zero, atunci conductorul ar fi apărut mișcarea ordonată plată, fără pierderi de energie de la o sursă externă, ceea ce contrazice legea conservării energiei. Astfel, intensitatea câmpului la toate punctele din cadrul conductorului este egala cu zero:
Absența câmpului în interiorul conductorului mijloace potrivit (85,2), că potențialul de la toate punctele din cadrul conductorului este constant (j = const), m. E. Suprafața într-un conductor câmp electrostatic este un echipotențial (vezi. § 85). De aici rezultă că câmpul vectorial pe suprafața exterioară a conductorului este normal la fiecare punct al suprafeței sale. Dacă acest lucru nu a fost cazul, sub acțiunea componentei tangențiale E ar începe să se încarce pe suprafața unui conductor turn-schatsya care, la rândul său, ar fi contrar distribuției de încărcare de echilibru.
În cazul în care conductorul raportează o anumită sarcină Q, taxele necompensate sunt amplasate numai pe suprafața conductorului. Acest lucru rezultă în mod direct din teorema Gauss (89,3), potrivit căruia taxa Q, în interiorul conductorului într-un volum delimitat de o suprafață închisă arbitrar este egal cu
deoarece toate punctele din cadrul suprafeței D = 0.
Am găsit acum o corelație între intensitatea câmpului E în apropierea suprafeței de încărcat-TION a conductorului și densitatea s sarcină de suprafață de pe suprafața sa. În acest scop, teorema lui Gauss este aplicabil unui cilindru infinitezimal cu baze DS. se intersectează conductor yuschemu-frontieră - izolator. Axa cilindrului este orientată de-a lungul vectorului E (fig. 141). Hraneste vector de deplasare electric prin interiorul tsilind suprafață-parametru este zero, deoarece în interiorul conductorului E1 (și deci D1) este zero, astfel încât vectorul de curgere D printr-o suprafață cilindrică închisă definită curge numai prin baza cilindrului exterior. Co-public teorema Gauss (89,3), acest flux (D DS) este suma taxelor (Q = s DS), suprafața coverages-VAI: DS D = s DS adică
în cazul în care e - constanta dielectrică a mediului ce înconjoară conductorul.
Astfel, intensitatea câmpului electrostatic la suprafața poreclei este determinată de densitatea firului de încărcare de suprafață. Se poate demonstra că funingine purtătoare (92,2) stabilește intensitatea câmpului electrostatic în apropierea suprafeței unui conductor de orice formă.
În cazul în care un câmp electrostatic extern pentru a face conductorul neutru, atunci taxele libere (electroni, ioni) se va muta: pozitiv - în domeniu, negativ - împotriva câmpului (Figura 142, a.). La un capăt al conductorului va Liban excesul de sarcină Scapa pozitiv pe de altă parte - excesul negativ. Aceste taxe nazyvayutsyaindutsirovannymi. Acest lucru va avea loc atâta timp cât intensitatea câmpului electromagnetic din interiorul conductorului devine zero, iar linia conductorului tensionat-Ness este - perpendicular pe suprafața sa (figura 142, b.). Astfel, conductorul neutru inclus în pauzele de câmp electrostatic ale liniilor de tensiune; acestea ajung pe taxa induse negativ și re-start asupra pozitive. Acuzatiile induse sunt distribuite pe suprafața exterioară a conductorului. Fenomenul de redistribuire a taxelor de suprafață pe conductorul într-un câmp electrostatic extern se numește electrostatic inducție-CAL.
Fig. 142 b care apar cheltuieli induse pe conductorul din cauza deplasării lor de câmp, adică. E. S este densitatea de suprafață a taxelor părtinitoare-Ness. Prin (92,1), deplasarea D electric în apropierea conductorului este numeric egală cu densitatea superficială a încărcăturii mutat. Prin urmare, vectorul D este numele luchil vector de deplasare electric.
Takkak în echilibru în interiorul taxele conductoare sunt absente, Creare-set din interiorul cavitatii nu va afecta configurația aranjament a taxelor și, prin urmare, câmpul electrostatic. În consecință, câmpul din interiorul cavității va absenta-actualiza ei înșiși. Dacă acum conductorul de masă având o cavitate, potențialul la toate punctele din cavitatea este zero, adică. E. Cavitatea este complet izolată de influența câmpurilor electrostatice externe. La acest osnovanaelektrostaticheskaya protector-ta - corpurile de protectie, cum ar fi instrumentele de măsură, de influența câmpurilor electrostatice externe. In loc de un conductor solid pentru protecția plasă metalică densă poate fi folosit, care, întâmplător, este eficientă în prezența nu numai permanente, ci și câmpuri electrice alternative.
taxele de proprietate situate pe suprafața exterioară a conductorului utilizat pentru ustroystvaelektrostaticheskih generatoare destinate pentru cheltuieli bo-lshih de acumulare și obținerea o diferență de potențial de mai multe milioane de volți. Generatorul electrostatic, inventat de fizicianul american R. Van de Graaff (1901-1967), este format din conductor tubular sferic 1 (Fig. 143), consolidate pe izolatori captive 2. Mișcarea curelei închisă 3 din țesătură cauciucată este încărcat de la sursa de tensiune un sistem ascuțit 4 conectat la un pol al sursei, al doilea pol al care este legat la pământ. rezervor Grounded 5 mărește taxele de drenaj din insulă pe bandă. Un alt sistem de sfaturi 6 elimină taxele de bandă și le trece la minge gol, și trece la suprafața sa exterioară. Astfel, o suprafață mare este transferată treptat taxa și o diferență de potențial poate fi realizat în mai multe milioane de volți. Generatoare electrostatice sunt utilizate în acceleratoare de particule de înaltă tensiune, precum și în tehnologia low-curent de înaltă tensiune.