Уявний експеримент з плоским конденсатором

Для того, щоб перейти до пояснення суті електричної напруги потрібно розуміти, що таке електричне поле, силові лінії електричного поля і напруженість електричного поля.

Крім силових ліній в описі поля присутні ще і еквіпотенціальні лінії, а значить є ще одна характеристика така як потенціал електричного поля. Уявіть картину рівномірно розподілених силових ліній електричного поля, які перетинають еквіпотенціальні лінії, причому кожна така лінія буде мати своє значення потенціалу поля. Для такого уявлення зручно використовувати картину електричного поля плоского конденсатора, який має дві обкладки і повністю заряджений до деякого максимального значення. На такому конденсаторі буде індукований електричний заряд, а простір між обкладинками нехай буде наповнене газоподібним діелектриком, наприклад, повітрям. Кожна обкладка конденсатора має деяку кількість заряду Q. Так як обкладки конденсатора виконані з металу в якому носієм зарядів є негативного типу заряди – електрони, то на одній обкладці буде надлишок електронів, а на інший недолік. Таким чином можна позначити одну обкладку як + Q, а іншу як -Q, і силові лінії електричного поля будуть спрямовані згідно з правилами від + Q до -Q. У підсумку ми отримаємо картину наведену на малюнку нижче.

Уявний експеримент з конденсатором

Давайте приймемо, що розмір такого конденсатора більше людського зросту в кілька разів, нехай обкладання будуть являти собою стіни двох великих високих будівель, які обклеїли металевими листами звареними разом в єдиний лист. Ви можете вільно переміщатися всередині такого конденсатора від однієї обкладинки до іншої в будь-якому напрямку. Подумки можна уявити, що там де зображені силові лінії, хтось закріпив балки з сухого дерева, а на місцях еквіпотенційних ліній встановлені сходи з того ж матеріалу. У підсумку ви зможете вільно переміщатися в такому просторі всередині конденсатора. Якщо у вас вистачить сили уяви, ви зможете уявити таку конструкцію без проблем. Розмір може бути будь-який, але за умови, що протяжність і висота обкладок у багато разів більше ніж відстань між обкладинками.

Електричне поле повністю зарядженого конденсатора в нашому випадку буде статичним, тобто незмінним у часі, його характеристики не змінюються з плином часу. Що ми маємо? У нас є дві обкладки володіють деякою кількістю заряду рівної величини, але протилежного знака. Ці обкладання будуть притягатися до одна одній згідно з Законом Кулона, але ця електрична сила скомпенсирована тим, що обкладання міцно закріплені на стінах уявних будівель. Картина електричного поля такого конденсатора представлена ​​силовими і еквіпотенціальними лініями, які позначені матеріальними предметами такими як дерев’яні балки і сходи. Ви можете вільно подорожувати всередині такого конденсатора і виконувати необхідні виміри. Ні про яке електричному струмі, а тим більше про силу струму мови тут не йде, тому як немає вільних носіїв заряду.

Досвідчений електрик може поцікавитися, а яка напруга буде на такому конденсаторі? Це закономірний і справедливий питання, але нам слід розібратися що таке це саме напруга. Тут нам слід згадати про пробне заряді, який використовувався для пояснення напруженості електричного поля. Припустимо, що такий заряд з’явився і він може вільно переміщатися в просторі між обкладками конденсатора. Що ж це може бути? Уявіть, що ви є тим самим пробним зарядом і відчуваєте на собі дальнодействие електричних сил. Зрозуміло, в реальному житті таке малоймовірно, але в нашому уявному експерименті таке цілком допустимо.

ПОДІЛИТИСЯ: