physics_saveliev_2 (535939), страница 16

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 16)

По мере приближения к проводнику эквипотенциальные поверхности становятся все более сходными с поверхностью проводника, которая, как мы знаем, является эквипотенцнальной. Вблизи выступов эквипотенциальные поверхности располагаются гуще, значит и напряженность поля здесь больше. Отсюда согласно (2!.3) получается, что плотность зарядов на выступах особенно велика. К тому же выводу можно прнйтн, учитывая, что нз-за взаимного отталкивания заряды стремятся расположиться как можно дальше друг от друга.

Вблизи углублений в проводнике (рис. 46) эквипотенцизльиые поверхности расположены реже. Соответ- ственно напряженность поля и плотность Юз ~г зарядов в этих местах будет меньше. Вообще, плотность зарядов при данном потенциале проводника определяется кривизной поверхности — она растет с увеличением положительной кривизны (выпуклости) и убывает с увеличением отрицательной кривизны (вогиутости).

Особснио велика бывает плотность зарядов на остриях. Поэтому напряженность поля вблизи остриев может быть настолько большой, что происходит ионизация молекул газа, окружающего проводник. Ионы иного знака, чем д, притягиваются к проводнику и нейтрализуют его заряд. Ионы того же знака, что и д, начинают двигаться от проводника, увлекая с собой нейтральные молекулы газа. В результате возникает ощутимое двихгение газа, называемое электрическим ветром.

Заряд проводника уменьшается, он как бы стекает с острия и уносится ветром. Поэтому такое явление называют истечением заряда с острия. ф 22. Проводник во внешнем электрическом поле Прн внесении незаряженного проводника в электрическое поле носители заряда приходят в движение: положительные в направлении вектора Е, отрицательные — в противоположную сторону. В результате у концов проводника возникают заряды противоположного знака„ называемые индуцированными зарядами (рис.47; пунктиром показаны линни напряженности внешнего поля).

Поле этих зарядов направлено противоположно внешнему полю. Таким образом, накапливание зарядов у концов проводника приводит к ослаблению в нем поля. Перераспределение носителей заряда происходит до тех пор, пока не будут выполнены условия (2Е1) н (2!.2), т. е. пока напряженность поля внутри проводника не станет равной нулю, а линии напряженности вне проводника перпендикулярными к его поверхности (рис. 47). Следовательно, нейтральный проводник, внесенный в электрическое поле, разрывает часть линий Рис, 47. напряженности — они заканчиваются на отрицательных индуцированных зарядах и вновь начинаются на положительных. Индуцироваиные заряды распределяются по внешней поверхности проводника.

Если внутри проводника имеется полость, то при равновесном распределении нндуцированных зарядов поле внутри нее также обращается в нуль. На этом основывается электростатическая защита. Когда какой-то прибор хотят защитить от воздействия внешних полей, его окружают проводящим футляром (экраном). Внешнее поле компенсируется внутри экрана возникающими на его поверхности индуцированными зарядами. Подобный экран'действует хорошо н в том случае, если его сделать не сплошным, а в виде густой сетки. Наличие острия у проводящего тела может приводить не только к стеканию зарядов с него, но и к «натеканиюэ на проводник зарядов с других тел.

Под Рис, 48 действием поля, создаваемого заряженным телом ! (рис. 48), на теле 2 возникают индуцированные за. ряды. Сильное поле, создаваемое вблизи острия находя- щимся на нем иидуцированг ным зарядом, ионизует но+ лекулы газа. Иовы разных знаков движутся в противоположные стороны и оседают на соответствующих телах. В результате заряд д тела 1 уменьшается, а на проводнике с острием накапливается заряд, одноименный с д. Заряд как бы переходит от заряженного тела ! к первоначально незаряженному телу 2.

9 23. Генератор Ван-де-Граафа В 1929 г. Ван-де-Грааф предложил конструкцщо электростатического генератора, основывающегося на том, что избыточные заряды располагаются по внешней поверхности проводника. Схема такого генератора показана на рис. 49. Полый металлический шар, иа. зываемый кондуктором, устанавливается на изолирующей колонне. Внутрь шара введена Надетая на валики бесконечная движущаяся лента из шелка или прорезиненной ткани.

У основания колонны вблизи ленты установлена гребенка нз остриев, ~ с которых стекает на ленту за. ряд, возбуждаемый генератором напряжения (ГО) на несколько десятков киловольт. Внутри кондуктора установлена вторая гребенка, на острия которой переходит заряд с ленты.

Эта гребенка соединена с кондуктором, так что снятый с ленты заряд сразу же переходит на его внешнюю поверхность. По мере накапливания на кондукторе зарядов потенциал его рас. тет, пока утечка заряда не станет равна подводнмому заряду. Утечка происходит в основном за счет ионизация газа вблизи поверхности кондуктора (возннкающее вследствие этого прохождение тока через газ называется коронным разрядом или просто коронированием; см. й 91). Чтобы уменьшить коронирование, поверхность кондуктора тнгательно шлифуют (вспомннм, что напряженность поля вблизи выступов бывает больше).

Напряженность поля, при которой возникает разряд в воздухе при атмосферном давлении, составляет нрнмерно ЗО кв/гзт. Такая напряженность достигается вблизи поверхности шара тем быстрее, чем меньше его радиус [см. формулу (!624)). Поэтому для получення больших разностей потенциалов приходится делать кондуктор больших размеров (до !О м в диаметре). Электрическая прочность газа (т. е. напряженность поля, при которой начинается разряд) возрастает с повышением давления. Поэтому удаегся заметно уменьшить размеры генератора, помещая его в атмосферу сжатого газа. Генератор целиком монтируют в баке, который заполняют газом (азотом илн имеющим повышенную электрическую прочность фреоном')) под давлением порядка 1О ат.

Предельная разность потенциалов, которую можно практически получить с помощью генератора Ван-де-Граафа, составляет около 1О' в. Генератор Ван-де-Граафа используется для ускорения заряженных частиц в опытах по исследованию атомного ядра. Ускорение частиц осуществляется в разрядной трубке (РТ), к электродам которой прикладывается разность потенциалов, получаемая на генераторе. Иногда генератор Ван-де-Граафа строят в анде двух одинаковых расположенных рядом колонн, кондукторы которых заряжаются разнонменно.

В этом случае разрядная трубка включается между кондукторами. $24. Электроемкость Сообщенный проводнику заряд д распределяется по его поверхности так, чтобы напряженность поля внутри проводника была равна нулю. Если проводнику, уже несущему заряд т), сообщить еще заряд той же '1 Фреевом называется хихаораифторметаа СС!апе. величины, то второй заряд должен распределиться по проводнику точно таким же образом, как и первый, в противном случае он создаст в проводнике поле, ие равное нулю. Следует оговорить, что это справедливо лишь в том случае, если увеличение заряда на проводнике не вызовет изменений в распределении зарядов на окружающих телах. Таким образом, различные по величине заряды распределяются на удаленном от других тел (уединенном) проводнике подобным образом, т. е.

отношение плс тностей заряда в двух произвольных точках поверхности проводника при любой величине заряда будет одно и то же. Отсюда вытекает, что потенциал уединенного проводника пропорционален находящемуся на нем заряду. Действительно, увеличение в некоторое число раз заряда приводит к увеличению в то же число раз напряженности поля в каждой точке окружающего проводник пространства. Следовательно, в такое же число раз возрастет работа переноса по любому пути единичного заряда из бесконечности на поверхность проводника, т. е. потенциал проводника.

Таким образом, для уединенного проводника (24.!) Коэффициент пропорциональности С между потенциалом и зарядом называется электр о ем кост ь ю (сокращенно просто емкостью) проводника. Из (24.1) следует, что (24.2) Емкость численно равна заряду, сообщение которого проводнику повышает его потенциал на единицу. Вычислим потенциал заряженного шара радиуса )7, й(ежду разностью потенциалов н напряженностью поля существует соотношение (11.7). Поэтому . потенциал шара ~р можно найти, проинтегрировав выражение (16.24) по г от )г до оо (потенциал на бесконечности полагаем равным нулю): (24.3) а = 4пеа,) ег' 4яео еч ' я Сопоставляя (24.3) с (24,2), находим, что емкость уединенного шара радиуса )(, погруженного в однородный безграничный диэлектрик с относительной проницаемостью е, равна (24.4) С = 4певеР, За единицу емкости принимают емкость такого проводника, потенциал которого изменяется на ! в при сообщении ему заряда в 1 к.

Характеристики

Список файлов книги