Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Распределение избыточного заряда на проводниках в состоянии равновесия

Проводники в электрическом поле

Проводники в электрическом поле. Электроемкость.

(Распределение зарядов на проводнике. Проводники во внешнем электростатическом поле. Принцип электростатичес­кой защиты. Емкость уединенного проводника. Конден­саторы и их классификация по гео­метрии обкладок и роду диэлектрика. Емкость конденсатора. Соединение конденсаторов.)

Проводники – это вещества, в которых есть свободные носители зарядов, способные перемещаться под действием внешнего электрического поля. В случае металлических проводников свободными носителями заряда являются валентные электроны, которые образуют газ, заполняющий кристаллическую решётку положительно заряженных ионов.

Если проводящему телу сообщить некоторый заряд , то он распределится так, чтобы соблюдались условия равновесия. В условиях равновесия избыточного заряда справедливы следующие утверждения:

1. Электрическое поле внутри проводника отсутствует, а объём проводника, и его поверхность является эквипотенциальными:

(4.1)

Действительно, если равенства (4.1) не выполняются, то тогда свободные заряды в проводнике будут перемещаться, так как работа сил электрического поля не будет равна нулю (). Это противоречит условию равновесия избыточного заряда: в условиях равновесия они должны быть неподвижными.

2. Из-за кулоновского отталкивания одноимённых зарядов избыточные заряды стремятся разойтись на максимально большое расстояние между собой. Кроме того, согласно (4.1) и теореме Гаусса (1.21) сумма зарядов внутри проводника будет равна нулю. Следовательно, при равновесии ни в каком месте внутри проводника не может быть избыточных зарядов – все они распределятся по поверхности проводника.

3. Распределение избыточных зарядов на внешней поверхности проводника является неравномерным. Установим связь между поверхностной плотностью заряда σ и напряжённостью поля вблизи поверхности заряженного проводника. Для этого построим цилиндрическую поверхность площадью основания dS таким образом, что образующая цилиндра перпендикулярна поверхности проводника, а основания – одно вне, а другое внутри проводника (рис. 4.1)

Поток вектора пронизывает только верхнее основание поверхности, т.к. поля внутри проводника нет

Заряд внутри поверхности по теореме Гаусса (1.21):

(4.2)

Из формулы (4.2) следует, что в точках, где больше там больше и напряжённость поля.

Из-за взаимного отталкивания избыточные заряды стремятся расположиться как можно дальше друг от друга, поэтому на выступах (остриях) проводника поверхностная плотность заряда проводника больше, чем в других местах. Следовательно, вблизи таких частей заряженного проводника напряжённость поля больше, а эквипотенциальные поверхности проходят гуще (рис. 4.2).

Рис. 4.2 Cиловые линии и эквипотенциальные поверхности заряженного проводника Рис. 4.3 Стекание зарядов с острия проводника

 

Вблизи поверхности острия (рис. 4.3) модуль вектора может превысить значение, соответствующее ионизации воздуха (при нормальном атмосферном давлении Е’≈3*106 В/м), что приводит к возникновению стекания зарядов, сопровождающегося так называемым электрическим ветром.

Образующиеся при ионизации молекул электроны движутся к острию и компенсируют на нём часть заряда, равновесие зарядов на проводнике нарушается, и к острию подходят заряды с других участков поверхности проводника (рис. 4.3). Такое движение продолжается до тех пор, пока модуль вектора вблизи острия будет превышать . Положительно заряженные ионы и заряды на поверхности проводника отталкиваются, что может привести к движению проводника.

 

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Физический смысл теоремы Гаусса для векторов и | Электрическом поле
Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-04; Просмотров: 2104; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.013 сек.