Разделы

Авто
Бизнес
Болезни
Дом
Защита
Здоровье
Интернет
Компьютеры
Медицина
Науки
Обучение
Общество
Питание
Политика
Производство
Промышленность
Спорт
Техника
Экономика

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ ЗАРЯЖЕННОГО ПРОВОДНИКА.

ТЕМА II. ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ ПРИ НАЛИЧИИ ПРОВОДНИКОВ.

Любое вещество состоит, в конечном счете, из атомов. Классическая модель атома: ядро в центре и электроны, движущиеся по орбитам. Размеры ядра в 100000 раз меньше размеров атома. Электроны, по сравнению с ядром, точечные частицы. В такой модели пространство атома – область результирующего микроскопического электромагнитного поля ядра и электронов, для исследования которого не существует пробного заряда.

Макроскопическое поле вводится как усредненное микроскопическое по некоторому малому (но содержащему большое количество атомов) объему

Проводники – вещества, в которых атомы имеют один-три валентных электрона, часть которых из-за слабой связи с ядром освобождается и перемещается по всему объему проводника. Концентрация свободных электронов в n~(1028-1029-3..

Классическая модель проводника – это в целом нейтральная система, состоящая из кристаллической решетки положительных ионов и свободных электронов, которые хаотически двигаются в поле кристаллической решетки подобно «одноатомному электронному газу».

Если проводник получил отрицательный заряд, то в течение 10-19с происходит перераспределение свободных электронов и устанавливается такое равновесное распределение зарядов, что результирующая сила, действующая на каждый заряд, равна нулю.

Следовательно, напряженность результирующего поля внутри проводника также равна нулю. Так как: , то

Отсюда следует, что внутри проводника нет свободных избыточных зарядов. Полученный заряд располагается на поверхности проводника в слое толщиной порядка 10-10м. Так как , то поверхность и объем проводника эквипотенциальны , а линии напряженности перпендикулярны поверхности проводника.

Рассмотрим, от чего зависит напряженность поля вблизи поверхности, например, положительно заряженного проводника?

Выделим настолько малый элемент поверхности DS, чтобы можно было считать его частью плоскости, а распределение зарядов на нем равномерным с поверхностной плотностью s.

В этом случае поле возле этого элемента можно считать однородным. Выберем замкнутую поверхность в виде прямого цилиндра высотой h®0 и площадью сечения равной DS (рис.26).

 

РИС.26 РИС.27

 

По теореме Остроградского поток вектора напряженности через замкнутую поверхность цилиндра: ,

Полученная величина напряженности представляет собой результат сложения напряженности двух полей: поля зарядов на выделенном элементе поверхности и поля всех остальных зарядов проводника (рис.27).

Эти вектора направлены в одну сторону вне проводника и противоположно друг другу внутри проводника. Но поле внутри проводника равно нулю. Следовательно, равны модули векторов напряженности: Es=E0. Тогда величина результирующей напряженности вне проводника равна: E=Es+E0=2Es.

. Отсюда следует, что напряженность поля в точках вблизи заряженного элемента поверхности проводника в равных долях определяется зарядами этого элемента и всеми остальными зарядами проводника.

От чего зависит поверхностная плотность зарядов на проводнике?

Рассмотрим модель проводника, имеющего участки поверхности с различным радиусом кривизны - два проводящих шара различных радиусов, расположенных на большом (по сравнению с их радиусами) расстоянии и соединенных очень тонким проводником.

 

РИС.28

Если сообщить заряд любому из этих проводников, то после установления равновесного распределения зарядов, все проводники должны иметь один и тот же потенциал. Так как шары удалены на очень большое расстояние друг от друга, то можно рассчитывать их потенциал по формуле для уединенного шара: , ,

Выразим заряды шаров через поверхностную плотность зарядов ,

Следовательно, поверхностная плотность зарядов обратно пропорциональна радиусу кривизны поверхности проводника и чем меньше радиус кривизны, тем больше поверхностная плотность зарядов.

Поверхность проводника любой формы можно представить как множество участков сферических поверхностей с различными радиусами кривизны. Тогда плотность зарядов на поверхности заряженного проводника больше там, где меньше радиус кривизны поверхности проводника.

САМОСТ. V: 1. Электронный ветер.

2.Почему возле заостренных металлических предметов может наблюдаться свечение воздуха?

 

 

Дата публикации:2014-01-23

Просмотров:367

Вернуться в оглавление:

Комментария пока нет...


Имя* (по-русски):
Почта* (e-mail):Не публикуется
Ответить (до 1000 символов):







 

2012-2018 lekcion.ru. За поставленную ссылку спасибо.