Заряженные частицы, типа электронов и ионов, находятся в постоянном активном перемещении по всему проводнику. Движение, в котором находятся проводники в электрическом поле, осуществляется под воздействием внешнего поля. Образующиеся при определенном уровне конденсации паров в металле электроны обладают функциями носителя заряда.
Потенциал и напряженность
Нейтральное состояние всегда сохраняется при отсутствии внешнего влияния. Внутренние электростатические параметры компенсируются наличием отрицательных и противоположных им зарядов внутри общего объема.
Перераспределение электронов начинается при введении проводника в наружное поле. Возникающий процесс перемещения происходит по всему заряженному телу, чтобы внутренние поля смогли компенсировать получаемое влияние.
В поле Е показатель в любой точке достигает нулевого значения. Потенциал становится постоянным благодаря нулевой разности внутренних потенциалов. Вывод однозначен – диэлектрическая проницаемость в этом случае стремится к бесконечности.
Важный нюанс – напряженность направлена по нормали к плоскости, находящейся на этом участке. Если допустить касательную направленность, началось бы перемещение зарядов, нарушающее статическое распределение. Процесс, измеряемый наносекундами, обозначает установку во внешнее поле с появлением на его поверхности противоположного знака.
Экранирование выполняется на основании принципа непроникновения внешнего поля во внутреннюю часть. Нормальное поверхностное поле Еn компенсирует напряженность внешнего Е. Эквипотенциальность токопроводника – следствие перпендикулярной направленности напряженности Еn и нулевому показателю касательной Ет.
Для всех участков действительно значение φ = const, поскольку dφ/dl = — E = 0. Расположенные только на наружной части некомпенсированные заряды расталкиваются под воздействием кулоновских сил.
Суммарный заряд во внутреннем объеме равен нулю по теореме Остроградского-Гаусса.
Определение напряженности в непосредственной близости
Перпендикулярным к определенному участку dS будет вектор напряженности и его аналог электрического смещения D. Последний показатель пропорционален значению Е. Все это обеспечивает нулевое значение потока D через боковую поверхность.
Нулевым остается и поток вектора электрического смещения Фd через dS» благодаря размещению последнего внутри. Сопоставляя эти значения с параметрами формулы Остроградского-Гаусса: dФd = dq = σdS, можно сделать однозначный вывод о прямой зависимости напряженности вблизи проводника от плотности поверхностных зарядов.
Как проверяется распределение заряда
Особенности расхождения бумажных лепестков в зонах с неодинаковой напряженностью:
- Самое большое отклонение на участке с меньшей кривизной радиуса наблюдается по бокам.
- В остальных точках можно констатировать равномерное распределение заряда, ведь здесь q = const.
Измерение потенциала электрометром показывает его максимальное значение на острие и плавное понижение через боковые поверхности до нуля с внутренней стороны.
Нежелательным является утечка заряда и возникающая вследствие этого ионизация в месте расположения острия. Разносящийся из этой зоны поток частиц называют ионным ветром. Для создания электростатического двигателя подобное явление остается хорошей основой. Примерами демонстрации этого процесса служат колесо Франклина и сбивание пламени свечки, поднесенной к острию.
Выравнивание потенциалов заряженного шарика из металла при соприкосновении с каким-либо проводником происходит благодаря частичной передаче заряда между телами. А вот при контакте с внутренней зоной полого проводника распределение заряда происходит лишь на внешней части.
Разница потенциалов при этом процессе не играет никакой роли. Выравнивание происходит даже в ситуации, когда данные показатели полого проводника больше, чем у шарика.
Можно говорить о перетекании большего потенциала к меньшему, что подтверждает вывод о его принадлежности к электрическим характеристикам.
Роберт Ван Де Грааф
Знаменитый американский физик провел ряд теоретических исследований и реализовал идею электростатического генератора, названного его именем.
Описанный выше эксперимент с полой сферой и заряженным шаром лежит в основе действия изобретения. Единственное отличие – процесс выполняется автоматически.
Положительный заряд ленты обеспечивается высоковольтным источником постоянного типа. Во внутреннюю часть сферы из металла заряд доставляется движением ленты. Распределение по внешней поверхности – функциональная обязанность острия. В результате по сравнению с землей появляется потенциал в миллионы вольт.
Это изобретение используется во многих ускорительных генераторах, применяемых в НИИ ядерной физики.
Конденсаторы и электрическая емкость
Появляющийся у разных проводников потенциал φ имеет разные значения. На величину данного параметра влияют габариты и форма проводника, но он всегда остается пропорциональным заряду.
Это значение именуется коэффициентом пропорциональности, более известным, как электроемкость.
Обычно этой величиной обозначается заряд, необходимый для изменения потенциала проводника на единицу.
Расположенные в непосредственной близости проводники, представляющие из себя обкладки, называются конденсаторами. Линия электрического смещения между этими элементами имеет начало на положительно заряженном конденсаторе и оканчивается на отрицательном.
Емкость плоского конденсатора
S – площадь обкладок; q – заряд конденсатора; σ — плотность заряда; ε – диэлектрическая проницаемость диэлектрика между обкладками; ε0 – диэлектрическая проницаемость вакуума.
Энергия конденсатора в заряженном состоянии
При замыкании обкладок проволокой часто происходит практически мгновенное расплавление перемычки. Следовательно, можно говорить о запасе энергии в конденсаторе. Ее количество определяется формулой:
Здесь, кроме показателя емкости С, имеется параметр мгновенного значения напряжения U на обкладках при выполняемой разрядке.
Похожие материалы:
