Проводниците са тела, в които електрически зарядиспособни да се движат под въздействието на произволно слабо електростатично поле.
В резултат на това зарядът, приложен към проводника, ще бъде преразпределен, докато във всяка точка вътре в проводника напрежението електрическо поленяма да стане нула.
По този начин силата на електрическото поле вътре в проводника трябва да бъде равна на нула.
Тъй като , тогава φ=const
Потенциалът вътре в проводника трябва да е постоянен.
2.) На повърхността на зареден проводник векторът на интензитета E трябва да бъде насочен по нормалата към тази повърхност, в противен случай под действието на компонент, допирателен към повърхността (E t). зарядите ще се движат по повърхността на проводника.
По този начин, при условие на статично разпределение на зарядите, напрежението на повърхността
където E n е нормалната компонента на напрежението.
Това предполага, 
че когато зарядите са в равновесие, повърхността на проводника е еквипотенциална.
3. В зареден проводник некомпенсираните заряди са разположени само на повърхността на проводника.
Нека начертаем произволна затворена повърхност S вътре в проводника, ограничаваща някакъв вътрешен обем на проводника. Според теоремата на Гаус общият заряд на този обем е равен на:
По този начин, в състояние на равновесие вътре в проводника, няма излишни заряди. Следователно, ако премахнем веществото от определен обем, взет вътре в проводника, това няма да повлияе по никакъв начин на равновесното подреждане на зарядите. Така излишният заряд се разпределя върху кухия проводник по същия начин, както върху твърдия, т.е. по външната му повърхност. Излишните заряди не могат да бъдат разположени на вътрешната повърхност. Това също следва от факта, че зарядите с едно и също име се отблъскват и следователно са склонни да се намират на най-голямо разстояние един от друг.
Изследвайки големината на силата на електрическото поле близо до повърхността на заредени тела с различни форми, може да се прецени и разпределението на зарядите по повърхността.
Изследванията показват, че плътността на заряда при даден потенциал на проводника се определя от кривината на повърхността – тя расте с увеличаване на положителната кривина (изпъкналост) и намалява с увеличаване на отрицателната кривина (вдлъбнатина). бакшишите са особено високи. Силата на полето в близост до пиковете може да бъде толкова висока, че да настъпи йонизация на молекулите на околния газ. В този случай зарядът на проводника намалява, сякаш тече надолу от върха.
Ако върху вътрешната повърхност на кух проводник се постави електрически заряд, тогава този заряд ще се прехвърли към външната повърхност на проводника, увеличавайки потенциала на последния. Чрез многократно повтаряне на прехвърлянето към кух проводник е възможно значително да се увеличи потенциалът му до стойност, ограничена от феномена на изтичане на заряд от проводника. Този принцип е използван от Ван дер Грааф за изграждане на електростатичен генератор. В това устройство зарядът от електростатична машина се прехвърля върху безкрайна непроводяща лента, транспортираща я вътре в голяма метална сфера. Там зарядът се отстранява и преминава към външната повърхност на проводника, като по този начин е възможно постепенно да се придаде много голям заряд на сферата и да се постигне потенциална разлика от няколко милиона волта.
Проводници във външно електрическо поле.
В проводниците могат да се движат свободно не само зарядите, донесени отвън, но и зарядите, които съставляват атомите и молекулите на проводника (електрони и йони). Следователно, когато незареден проводник се постави във външно електрическо поле, свободните заряди ще се движат към неговата повърхност, положителни по протежение на полето и отрицателни срещу полето. В резултат на това в краищата на проводника се появяват заряди с противоположен знак, наречен индуцирани заряди.Това явление, състоящо се в наелектризирането на незареден проводник във външно електростатично поле чрез разделяне върху този проводник на положителните и отрицателните електрически заряди, които вече присъстват в него в равни количества, се нарича електрификация чрез въздействие или електростатична индукция.
 |
Движението на зарядите в проводник, поставен във външно електрическо поле E 0, ще се случва, докато допълнителното поле E, създадено от индукционни заряди, компенсира външното поле E 0 във всички точки вътре в проводника и полученото поле E вътре в проводника стане равно до нула.
Общото поле E в близост до проводника ще се различава значително от първоначалната си стойност E 0 . E линиите ще бъдат перпендикулярни на повърхността на проводника и ще завършват частично при индуцирани отрицателни заряди и ще започнат отново при индуцирани положителни заряди.
Зарядите, индуцирани върху проводника, изчезват, когато проводникът се отстрани от електрическото поле. Ако индуцираните заряди от един знак преди това бъдат отклонени към друг проводник (например към земята) и последният е изключен, тогава първият проводник ще остане зареден с електричество от противоположния знак.
Отсъствието на поле вътре в проводник, поставен в електрическо поле, се използва широко в технологията за електростатична защита от външни електрически полета (екраниране) на различни електрически устройства и проводници. Когато устройството трябва да бъде защитено от външни полета, то е заобиколено от проводящ корпус (екран). Такъв екран работи добре, дори ако е направен не плътен, а под формата на плътна решетка.
Проводниците са тела с висока концентрация на свободни заредени частици, които могат да се движат под въздействието на електрическо поле. Ако информираме проводника за някакъв излишен заряд, тогава свободните заредени частици, които го изграждат, ще се движат (положително - към област с по-нисък потенциал, отрицателно - обратно), докато потенциалите във всички точки на проводника станат еднакви. В този случай се достига състояние, когато напрежението вътре в проводника е равно на нула, а на повърхността векторите на напрежение са перпендикулярни на него. Ако изберем затворена повърхност вътре в проводника С, който е много близо до повърхността на проводника (фиг. 37.1), то, в съответствие с теоремата на Гаус, потокът на вектора на интензитета през тази повърхност ще бъде нула. Това означава, че вътре в него няма заряд и целият излишен заряд се разпределя върху външната повърхност на проводника. Нека разберем от какво зависи повърхностната плътност на заряда.
За да направите това, разгледайте две метални топки, свързани с тънък проводник (фиг. 37.2). Топките и телта съставляват един проводник и следователно техните потенциали са еднакви във всички точки. Потенциалът на първата топка е 
, неговата повърхностна площ. Изразяваме заряда и повърхностната плътност на заряда на повърхността на тази топка:
; 
.
Подобни изрази се получават за втората топка:
; 
.
Разделяйки изразите за плътностите на заряда, намираме
Зарядът, предаван на проводника, се разпределя по външната повърхност на проводника, докато повърхностната плътност на заряда е обратно пропорционална на радиуса на повърхността.
Реципрочната стойност на радиуса на повърхността в дадена точка се нарича кривина на повърхността. Когато радиусът е по-малък, кривината на повърхността е по-голяма и обратно. При издатини и точки кривината на повърхността е максимална, според израз (37.1), плътността на повърхностния заряд също ще бъде максимална там.
Така стигаме до извода:
Всички точки вътре и на повърхността на зареден проводник имат еднакъв потенциал,
Всички вещества според способността им да провеждат електричествосе делят на проводници, диелектрици и полупроводници. Проводниците са вещества, в които електрически заредени частици - носители на заряд - могат да се движат свободно в целия обем на веществото. Проводниците включват метали, разтвори на соли, киселини и основи, стопени соли, йонизирани газове.
Нека да ограничим нашето разглеждане до твърди метални проводници с кристална структура. Експериментите показват, че с много малка потенциална разлика, приложена към проводник, съдържащите се в него електрони на проводимост започват да се движат и да се движат през обема на металите почти свободно.
При липса на външно електростатично поле електрическите полета на положителни йони и електрони на проводимост се компенсират взаимно, така че силата на вътрешното резултантно поле е нула.
Когато метален проводник се въведе във външно електростатично поле със сила E 0, кулонови сили започват да действат върху йони и свободни електрони, насочени в противоположни посоки. Тези сили причиняват изместване на заредените частици вътре в метала и свободните електрони се изместват главно, а положителните йони, разположени във възлите на кристалната решетка, практически не променят позицията си. В резултат на това вътре в проводника се появява електрическо поле със сила E.
Изместването на заредените частици вътре в проводника спира, когато общата сила на полето E в проводника, равна на сумата от силите на външното и вътрешното поле, стане равна на нула:
Нека представим израза, свързващ силата и потенциала на електростатичното поле в следната форма:
където E е силата на полученото поле вътре в проводника; n е вътрешната нормала към повърхността на проводника. От равенството до нула на получената сила E следва, че в обема на проводника потенциалът има същата стойност:
Получените резултати водят до три важни заключения:
- 1. Във всички точки вътре в проводника, силата на полето, т.е. целият обем на проводника е еквипотенциална.
- 2. При статично разпределение на зарядите върху проводника, векторът на интензитета Ena на неговата повърхност трябва да бъде насочен по нормалата към повърхността
3. Повърхността на проводника също е еквипотенциална, тъй като за всяка точка от повърхността
3. Проводници във външно електростатично поле
Ако на проводника бъде даден излишен заряд, тогава този заряд ще бъде разпределен по повърхността на проводника. Всъщност, ако произволна затворена повърхност S е отделена вътре в проводника, тогава потокът на вектора на силата на електрическото поле през тази повърхност трябва да бъде равен на нула. В противен случай вътре в проводника ще съществува електрическо поле, което ще доведе до движение на зарядите. Следователно, за да се удовлетвори условието
общият електрически заряд вътре в тази произволна повърхност трябва да бъде равен на нула.
Силата на електрическото поле близо до повърхността на зареден проводник може да се определи с помощта на теоремата на Гаус. За да направите това, избираме малка произволна област dS на повърхността на проводника и като я считаме за основа, конструираме върху нея цилиндър с образуваща dl (фиг. 3.1). На повърхността на проводника векторът Е е насочен по нормалата към тази повърхност. Следователно, потокът на вектора E през странична повърхностцилиндър поради малкостта на dl е равен на нула. Потокът на този вектор през долната основа на цилиндъра, разположен вътре в проводника, също е равен на нула, тъй като вътре в проводника няма електрическо поле. Следователно, потокът на вектора E през цялата повърхност на цилиндъра е равен на потока през горната му основа dS ":
където E n е проекцията на вектора на силата на електрическото поле върху външната нормала n към мястото dS.
По теоремата на Гаус този поток е равен на алгебрична сумаелектрически заряди, покрити от повърхността на цилиндъра, отнасящи се до произведението на електрическата константа и относителната проницаемост на средата около проводника. Вътре в цилиндъра има заряд
където е повърхностната плътност на заряда. Следователно
т.е. силата на електрическото поле близо до повърхността на зареден проводник е право пропорционална на повърхностната плътност на електрическите заряди, разположени на тази повърхност.
Експерименталните изследвания на разпределението на излишните заряди върху проводници с различни форми показват, че разпределението на зарядите върху външната повърхност на проводника зависи само от формата на повърхността: колкото по-голяма е кривината на повърхността (колкото по-малък е радиусът на кривината ), толкова по-голяма е повърхностната плътност на заряда.
В близост до области с малки радиуси на кривина, особено близо до върха, поради високата напрегнатост на полето се получава йонизация на газ, например въздух. В резултат на това йони със същото име със заряда на проводника се движат в посока от повърхността на проводника, а йони с противоположен знак към повърхността на проводника, което води до намаляване на заряда на проводника . Това явление се нарича изтичане на заряд. проводник на електрически ток статичен
Няма излишни заряди по вътрешните повърхности на затворени кухи проводници.
Ако зареден проводник влезе в контакт с външната повърхност на незареден проводник, тогава зарядът ще се преразпредели между проводниците, докато потенциалите им станат равни.
Ако същият зареден проводник докосне вътрешната повърхност на кухия проводник, тогава зарядът се прехвърля към кухия проводник напълно.
Тази характеристика на кухи проводници е използвана от американския физик Робърт Ван де Грааф, за да създаде през 1931 г. електростатичен генератор, в който се генерира високо постоянно напрежение чрез механично пренасяне на електрически заряди. Най-модерните електростатични генератори дават възможност за получаване на напрежение до 15-20 MV.
В заключение отбелязваме още едно явление, присъщо само на проводниците. Ако незареден проводник се постави във външно електрическо поле, тогава неговите противоположни части по посока на полето ще имат заряди с противоположни знаци. Ако, без да се премахва външното поле, проводникът е разделен, тогава разделените части ще имат противоположни заряди. Това явление се нарича електростатична индукция.
1. Електростатиката е раздел на физиката, който изучава свойствата и взаимодействията на относително неподвижните инерционна системаброене на електрически заредени тела или частици, които имат електрически заряд.
Основата на електростатиката е положена от работата на Кулон, въпреки че Кавендиш получава същите резултати десет години преди него, дори с още по-голяма точност. Най-съществената част от електростатиката е потенциалната теория, създадена от Грийн и Гаус.
2. Всички вещества, според способността си да провеждат електрически ток, се делят на проводници, диелектрици и полупроводници. Проводниците са вещества, в които електрически заредени частици - носители на заряд - могат да се движат свободно в целия обем на веществото. Проводниците включват метали, разтвори на соли, киселини и основи, стопени соли, йонизирани газове.
Във всички точки вътре в проводника силата на полето, т.е. целият обем на проводника, е еквипотенциална.
При статично разпределение на зарядите върху проводника, векторът на интензитета Ena на неговата повърхност трябва да бъде насочен по нормалата към повърхността
в противен случай, под действието на допирателна към повърхността на проводника, компонентите на интензитета на зарядите трябва да се движат по протежение на проводника.
Повърхността на проводника също е еквипотенциална, тъй като за всяка точка от повърхността
В проводниците електрическите заряди могат да се движат свободно под действието на поле. Силите, действащи върху свободните електрони на метален проводник, поставен във външно електростатично поле, са пропорционални на интензитета на това поле. Следователно, под действието на външно поле, зарядите в проводника се преразпределят така, че силата на полето във всяка точка вътре в проводника е равна на нула.
На повърхността на зареден проводник векторът на интензитета трябва да бъде насочен по нормалата към тази повърхност, в противен случай под действието на компонента на вектора, допирателна към повърхността на проводника, зарядите ще се движат по протежение на проводника. Това е в противоречие със статичното им разпределение. По този начин:
1. Във всички точки вътре в проводника и във всички точки на неговата повърхност.
2. Целият обем на проводник в електростатично поле е еквипотенциален във всяка точка вътре в проводника:
Повърхността на проводника също е еквипотенциална, тъй като за всяка линия на повърхността
3. В зареден проводник некомпенсираните заряди са разположени само на повърхността на проводника. Наистина, нека начертаем произволна затворена повърхност вътре в проводника, ограничаваща някакъв вътрешен обем на проводника (фиг. 1.3.1). Тогава, според теоремата на Гаус, общият заряд на този обем е:
тъй като няма поле в точките на повърхността, разположени вътре в проводника.
Нека определим силата на полето на зареден проводник. За да направите това, ние избираме произволна малка площ на повърхността й и конструираме цилиндър на височина върху него с генератриса, перпендикулярна на площта , с основи и , успоредно на . На повърхността на проводника и в близост до него векторите и са перпендикулярни на тази повърхност, а векторният поток през страничната повърхност на цилиндъра е нула. Потокът на електрическо изместване също е равен на нула, тъй като се намира вътре в проводника и във всички негови точки.
Потокът на изместване през цялата затворена повърхност на цилиндъра е равен на потока през горната основа:
Според теоремата на Гаус този поток е равно на суматазаряди, покрити от повърхността:
където е повърхностната плътност на заряда върху повърхностния елемент на проводника. Тогава
И тъй като.
По този начин, ако се създава електростатично поле от зареден проводник, тогава интензитетът на това поле върху повърхността на проводника е право пропорционален на повърхностната плътност на зарядите в него.
Изследванията на разпределението на зарядите върху проводници с различни форми, разположени в хомогенен диелектрик далеч от други тела, показват, че разпределението на зарядите във външната повърхност на проводника зависи само от неговата форма: колкото по-голяма е кривината на повърхността, толкова по-голяма е плътността на заряда; няма излишни заряди по вътрешните повърхности на затворени кухи проводници и .
Голяма напрегнатост на полето в близост до остър перваз на зареден проводник води до електрически вятър. В силно електрическо поле близо до върха, положителните йони, присъстващи във въздуха, се движат с висока скорост, сблъсквайки се с въздушните молекули и ги йонизирайки. Появяват се все по-голям брой движещи се йони, образуващи електрически вятър. Поради силната йонизация на въздуха близо до върха, той бързо губи електрическия си заряд. Ето защо, за да запазят заряда върху проводниците, те се стремят повърхностите им да нямат остри издатини.
1.3.2 ПРОВОДНИК ВЪВ ВЪНШНО ЕЛЕКТРИЧЕСКО ПОЛЕ
Ако незареден проводник се въведе във външно електростатично поле, тогава под въздействието на електрически сили свободните електрони ще се движат в него в посока противоположна посокасила на полето. В резултат на това в двата противоположни края на проводника ще се появят противоположни заряди: отрицателни в края, където има допълнителни електрони, и положителни в този, където няма достатъчно електрони. Тези заряди се наричат индуцирани. Явлението, състоящо се в наелектризирането на незареден проводник във външно електрическо поле чрез разделяне върху този проводник на положителните и отрицателните електрически заряди, които вече присъстват в него в равни количества, се нарича наелектризиране чрез въздействие или електростатична индукция. Ако проводникът се отстрани от полето, индуцираните заряди изчезват.
Индуцираните заряди се разпределят по външната повърхност на проводника. Ако има кухина вътре в проводника, тогава при равномерно разпределениеполето на индуцираните заряди вътре в него е нула. Това е основата на електростатичната защита. Когато устройството трябва да бъде екранирано (екранирано) от външни полета, то е заобиколено от проводящ екран. Външното поле се компенсира вътре в екрана от индуцирани заряди, възникващи на повърхността му.
1.3.3 ЕЛЕКТРИЧЕСКИ КАПАЦИТЕТ НА САМОТИЧНИЯ ПРОВОДНИК
Помислете за проводник, разположен в хомогенна среда, далеч от други проводници. Такъв проводник се нарича самотен. Когато електричеството се предава на този проводник, зарядите му се преразпределят. Естеството на това преразпределение зависи от формата на проводника. Всеки нова частзарядите се разпределят по повърхността на проводника като предишния, като по този начин, с увеличаване на заряда на проводника със същия брой пъти, повърхностната плътност на заряда се увеличава във всяка точка на неговата повърхност, където е някаква функция на координати на разглежданата точка на повърхността.
Разделяме повърхността на проводника на безкрайно малки елементи, зарядът на всеки такъв елемент е равен и може да се разглежда като точка. Потенциалът на зарядното поле в точка на разстояние от него е равен на:
Потенциалът в произволна точка на електростатичното поле, образувано от затворената повърхност на проводника, е равен на интеграла:
За точка, лежаща на повърхността на проводник, е функция от координатите на тази точка и елемента . В този случай интегралът зависи само от размера и формата на повърхността на проводника. В този случай за всички точки на проводника потенциалът е еднакъв, следователно стойностите са еднакви.
Смята се, че потенциалът на незареден единичен проводник е нула.
От формула (1.3.1) се вижда, че потенциалът на единичен проводник е право пропорционален на неговия заряд. Съотношението се нарича електрически капацитет
Електрическият капацитет на единичен проводник е числено равен на електрическия заряд, който трябва да бъде предаден на този проводник, за да може потенциалът на проводника да се промени с единица.Електрическият капацитет на проводника зависи от неговата форма и размери, а геометрично подобните проводници имат пропорционален капацитет, тъй като разпределението на зарядите върху тях също е подобно, а разстоянията от подобни заряди до съответните точки на полето са право пропорционални на линейните размери на проводниците.
Потенциалът на електростатичното поле, създадено от всеки точков заряд, е обратно пропорционален на разстоянието от този заряд. По този начин потенциалите на еднакво заредени и геометрично сходни проводници се променят обратно пропорционално на техните линейни размери, а капацитетът на тези проводници е право пропорционален.
От израз (1.3.2) може да се види, че капацитетът е правопропорционален на диелектричната константа на средата. Нито материалът на проводника, нито неговото агрегатно състояние, нито формата и размерът на възможните кухини вътре в проводника не зависят от неговия капацитет. Това се дължи на факта, че излишните заряди се разпределят само по външната повърхност на проводника. също не зависи от и .
Единици за капацитет: - фарад, получени от него; .
Капацитетът на Земята като проводяща топка () е равен на.
1.3.4. ВЗАИМЕН ЕЛЕКТРИЧЕСКИ КАПАЦИТЕТ. КОНДЕНСАТОРИ
Помислете за проводник, близо до който има други проводници. Този проводник вече не може да се счита за самотен, неговият капацитет ще бъде по-голям от капацитета на единичен проводник. Това се дължи на факта, че когато се придаде заряд на проводник, околните проводници се зареждат чрез въздействие, а зарядите с противоположен знак са най-близо до индуциращия заряд. Тези заряди донякъде отслабват създаденото от заряда поле. По този начин те понижават потенциала на проводника и увеличават неговия електрически капацитет (1.3.2).
Помислете за система, съставена от близко разположени проводници, чиито заряди са числено равни, но противоположни по знак. Нека да обозначим потенциалната разлика между проводниците, абсолютна стойностзаряди е равно на . Ако проводниците са далеч от други заредени тела, тогава
където е взаимният електрически капацитет на два проводника:
- той е числено равен на заряда, който трябва да се прехвърли от един проводник в друг, за да се промени потенциалната разлика между тях с единица.
Взаимен капацитетдва проводника зависи от тяхната форма, размер и взаимно положение, както и от диелектричната константа на средата. За хомогенна среда.
Ако един от проводниците се отстрани, тогава потенциалната разлика се увеличава и взаимният капацитет намалява, като се стреми към стойността на капацитета на единичния проводник.
Обмисли два противоположно заредени проводника, чиято форма и взаимно урежданеса такива, че полето, което създават, е концентрирано в ограничен регион от пространството. Такава система се нарича кондензатор.
1. Плосък кондензатор има две успоредни метални пластини с площ, разположени на разстояние една от друга (1.3.3). Плата зарежда и . Ако линейните размери на плочите са големи в сравнение с разстоянието, тогава електростатичното поле между плочите може да се счита за еквивалентно на полето между две безкрайни равнини, заредени противоположно с плътности на повърхностния заряд и , сила на полето , потенциална разлика между плочите, тогава , където е проницаемостта на средата, запълваща кондензатора.
2. Сферичният кондензатор се състои от метална топка с радиус, заобиколена от концентрична куха метална топка с радиус , (фиг. 1.3.4). Извън кондензатора, полетата, създадени от вътрешната и външната пластина, се компенсират взаимно. Полето между плочите се създава само от заряда на топката, тъй като зарядът на топката не създава електрическо поле вътре в тази топка. Следователно потенциалната разлика между плочите: , тогава
Пример за цилиндричен кондензатор е бурканът Leyden. Ако разликата между плочите на кондензатора е малка, тогава и , където е страничната площ на плочата.
По този начин, Капацитетът на всеки кондензатор е пропорционален на проницаемостта на веществото, което запълва празнината между плочите.
В допълнение към електрическия капацитет, кондензаторът се характеризира с пробивно напрежение. Това е потенциалната разлика между плочите, при която може да се получи повреда.
1.3.5. ВРЪЗКИ НА КОНДЕЗИТОРИ
1. Паралелна връзка. Помислете за батерия от кондензатори, свързани с плочи със същото име (фиг. 1.3.6). Капацитетите на кондензаторите са съответно равни. Потенциалните разлики за всички кондензатори са еднакви, така че зарядите на плочите винаги са по-малки от минималния електрически капацитет, включен в батерията.
Електрическият ток е насочено движение на електрически заряди. За предаване на електричество се използват проводници, предимно метали. Пример за такъв материал са медта и алуминия, а графитът е неметал. Потокът на тока има един интересна характеристика, а именно разпределението на зарядите в проводника по неговия обем. Ще разгледаме този въпрос в статията.
Носители на заряд и тяхното движение
Проводник е вещество, в което носителите започват да се движат под въздействието на най-малкото външно електрическо поле. Когато няма външно поле, полетата на положителните йони и отрицателните електрони се компенсират взаимно. Разгледахме свързан въпрос по-подробно и сравнихме в статия, публикувана по-рано.
Помислете за метален предмет, който е в електрическо поле. Носителите на заряд започват да се движат под влияние на външно поле поради факта, че кулоновите сили започват да действат върху носителите на заряд. Освен това при положителни и отрицателни носители посоката на действие на тези сили е в различна посока. Движението спира, ако сумата от силите на външното и вътрешното поле стане равна на нула, т.е.
Erez=Eint+Eext=0
В този случай силата на полето е равна на:
E=dФ/dt
Ако напрежението е нула, тогава потенциалът вътре в тялото е равен на някакво постоянно число. Това ще стане ясно, ако изразим потенциала от тази формула и извършим интегриране, тоест:
Положителните йони и електрони от целия обем на тялото се втурват към повърхността му, за да компенсират напрежението. Тогава, вътре в проводника, силата на електрическото поле става равна на нула, тъй като се балансира от носители на заряд от неговата повърхност.
Интересно!Повърхнина, на която има един и същ потенциал във всички точки, се нарича еквипотенциална повърхност.
Ако разгледаме този въпрос по-подробно, тогава когато проводник се въведе в електрическо поле, положителните йони се движат срещу силовите му линии, а отрицателните електрони в същата посока. Това се случва, докато те се разпределят и полето в проводника стане нула. Такива заряди се наричат индуцирани или излишни.
Важно!Когато зарядите бъдат предадени на проводящия материал, те ще бъдат разпределени така, че да се постигне състояние на равновесие. Зарядите със същото име ще отблъскват и се стремят в съответствие с посоката на линиите на електрическото поле.
От това следва, че работата на движещите се носители на заряд е нула, което е равно на потенциалната разлика. Тогава потенциалът в различните части на проводника е равен на постоянно число и не се променя. Важно е да знаете, че в диелектрика, за да откъснете носител на заряд, например електрон от атом, трябва да приложите големи сили. Следователно описаните в общия смисъл явления се наблюдават върху проводящи тела.
Електрически капацитет на единичен проводник
Първо, разгледайте концепцията за самотен проводник. Това е такъв проводник, който се отстранява от други заредени проводници и тела. В този случай потенциалът върху него ще зависи от неговия заряд.
Капацитетът на единичен проводник е способността на проводника да задържа разпределен заряд. На първо място, това зависи от формата на проводника.
Ако две такива тела са разделени от диелектрик, например въздух, слюда, хартия, керамика и т.н. - вземете кондензатор. Капацитетът му зависи от разстоянието между плочите и тяхната площ, както и от потенциалната разлика между тях.
Формулите описват зависимостта на капацитета от потенциалната разлика и от геометричните размери на плоския кондензатор. Можете да научите повече за това от нашата отделна статия.
Разпределение на заряда и форма на тялото
И така, плътността на разпределение на носителите на заряд зависи от формата на проводника. Помислете за това, като използвате примера на формули за сфера.
Да предположим, че имаме някаква метална заредена сфера с радиус R, плътност на заряда на повърхността G и потенциал F. Тогава:
От последната получена формула може да се разбере, че плътността е приблизително обратно пропорционална на радиуса на сферата.
Тоест, колкото по-изпъкнал и остър е обектът, толкова по-голяма е плътността на носителите на това място. На вдлъбнати повърхности плътността е минимална. Това може да се види на видеото:
Приложение на практика
Ако вземем предвид горното, заслужава да се отбележи, че токът протича през кабела и се разпределя, сякаш по външния диаметър на тръбата. Това се дължи на особеностите на разпределението на електроните в проводящо тяло.
Любопитно е, че при протичане на токове в системи с високочестотен ток се наблюдава скин ефект. Това е разпределението на зарядите по повърхността на проводниците. Но в този случай се наблюдава още по-тънък „проводящ“ слой.
Какво означава? Това предполага, че за протичане на ток с подобна величина с честота на мрежата 50 Hz и честота 50 kHz във високочестотна верига ще е необходима по-голяма част от проводящата сърцевина. На практика това се наблюдава при импулсните захранвания. В техните трансформатори текат точно такива токове. За да се увеличи площта на напречното сечение, се избира или дебел проводник, или намотките се навиват с няколко вени наведнъж.
Описаната в предишния раздел зависимост на разпределението на плътността от формата на повърхността се използва на практика в мълниезащитните системи. Известно е, че за защита от удари от мълнии се монтира един от видовете мълниезащита, например гръмоотвод. На повърхността му се натрупват заредени частици, поради което разрядът се случва именно в нея, което отново потвърждава казаното за тяхното разпределение.
Това е всичко, което искахме да ви кажем за това как се случва разпределението на зарядите в проводник, когато тече ток. Надяваме се, че предоставената информация е била ясна и полезна за вас!
материали
