1. Моя освіта – реферати, конспекти, доповіді
  2. Фізика
  3. Розподіл зарядів в провіднику. Клітка Фарадея

Розподіл зарядів в провіднику. Клітка Фарадея

Ми бачили, що поверхня провідника, як нейтрального, так і зарядженого, є еквіпотенційної поверхнею і всередині провідника напруженість поля дорівнює нулю (§ 16). Те ж відноситься і до полому провіднику: поверхня його є поверхня Еквіпотенціальна і поле усередині порожнини дорівнює нулю, як би сильно не був заряджений провідник, якщо, звичайно, усередині порожнини немає ізольованих від провідника заряджених тел.

Цей висновок був наочно продемонстрований англійським фізиком Майклом Фарадеєм (1791-1861), обогатившим науку рядом найбільших відкриттів. Його досвід полягав у наступному. Велика дерев’яна клітка була обклеєна листами станіолю (олов’яної папером), ізольована від Землі і сильно заряджена за допомогою електричної машини. У клітку містився сам Фарадей з дуже чутливим електроскопом. Незважаючи на те, що з зовнішньої поверхні клітини при наближенні до неї тіл, з’єднаних з Землею, вилітали іскри, вказуючи цим на велику різницю потенціалів між клітиною і Землею, електроскоп всередині клітини не показував ніякого відхилення (рис. 53).

54. Якщо зробити з металевої сітки замкнуту порожнину і привісити листочки паперу з внутрішньої і зовнішньої сторін порожнини, то виявимо, що відхиляються лише зовнішні листочки. Це показує, що електричне поле існує тільки в просторі між клітиною і оточуючими її предметами, т. Е. Зовні клітини; всередині ж клітини поле відсутнє.

 

При зарядці будь-якого провідника заряди розподіляються в ньому так, що електричне поле всередині нього зникає, і різниця потенціалів між будь-якими точками звертається в нуль. Подивимося, яким чином для цього повинні розміститися заряди.

Зарядимо порожнистий провідник, наприклад порожнистий ізольований куля 1 (рис. 55), що має невеликий отвір. Візьмемо маленьку металеву пластинку 2, укріплену на ізолюючої ручці («пробну пластинку»), торкнемося нею будь-якого місця зовнішньої поверхні кулі і потім приведемо в зіткнення з електроскопом. Листки електроскопа розійдуться на деякий кут, вказуючи цим, що пробне пластинка при зіткненні з кулею зарядилася. Якщо ми, однак, торкнемося пробної платівкою внутрішньої поверхні кулі, то платівка буде залишатися незарядженою, як би сильно не був заряджений кулю. Почерпнути заряди можна тільки з зовнішньої поверхні провідника, а з внутрішньої це виявляється неможливим. Більше того, якщо ми попередньо зарядимо пробну пластинку і торкнемося нею внутрішній поверхні провідника, то весь заряд перейде на цей провідник. Це відбувається незалежно від того, який заряд вже був на провіднику. У § 19 ми докладно роз’яснили це явище. Отже, в стані рівноваги заряди розподіляються тільки на зовнішній поверхні провідника. Звичайно, якби ми повторили з порожнистим провідником досвід, зображений на рис. 45, торкаючись провідника кінцем дроту, провідною до електрометрії, то переконалися б, що вся поверхня провідника, як зовнішня, так і внутрішня, тобто поверхня одного потенціалу: розподіл зарядів по зовнішній поверхні провідника є результат дії електричного поля. Тільки тоді, коли весь заряд перейде на поверхню провідника, встановиться рівновага, т. Е. Усередині провідника напруженість поля зробиться рівною нулю і всі точки провідника (зовнішня поверхня, внутрішня поверхня і точки в товщі металу) матимуть один і той же потенціал.

Тією обставиною, що заряди розподіляються на зовнішній поверхні провідника, часто користуються на практиці. Коли бажають повністю перенести заряд якого-небудь провідника на електроскоп (або електрометрії), то до електроскопа приєднують по можливості замкнуту металеву порожнину і вводять заряджений провідник всередину цієї порожнини. Провідник повністю розряджається, і весь його заряд переходить на електроскоп. Це пристосування на честь Фарадея називають «фарадеевих циліндром», так як на практиці ця порожнина найчастіше виконується у вигляді металевого циліндра. Ми вже користувалися цією властивістю фарадеевих циліндра (склянки) в досвіді, зображеному на рис. 9, і детально роз’яснили його в § 19.

Ван-де-Грааф запропонував використовувати властивості фарадеевих циліндра для отримання дуже високих напруг. Принцип дії його генератора показаний на рис. 56. Нескінченна стрічка 1 з якого-небудь ізолюючого матеріалу, наприклад шовку, рухається за допомогою мотора на двох роликах і одним своїм кінцем заходить всередину порожнього, ізольованого, від Землі металевої кулі 2. Поза кулі стрічка за допомогою пензлика 3 заряджається яким-небудь джерелом , наприклад батареєю або електричною машиною 4, до напруги 30-50 кВ відносно Землі, якщо другий полюс батареї або машини заземлений. Усередині кулі 2 заряджені ділянки стрічки стосуються пензлика 5 і повністю віддають кулі свій заряд, який зараз же перерозподіляється по зовнішній поверхні кулі. Завдяки цьому ніщо не перешкоджає безперервному переносу заряду на кулю. Напруга між кулею 2 і Землею безперервно збільшується. Таким чином можна отримати напругу в кілька мільйонів вольт. Подібні машини застосовували в дослідах з розщеплення атомних ядер.

ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Відносність руху