Физика

за сваког по нешто

Проводник у електричном пољу

Преузми Word документ

Проводници су материјали који садрже наелектрисане честице које могу слободно да се крећу. Под дејством електричног поља (разлике потенцијала на крајевима) наелектрисане честице се крећу усмерено.

Слободни носиоци наелектрисања:

  • у металима – електрони;
  • у течностима – позитивни и негативни јони;
  • у гасовима – јони и слободни електрони.

То што у проводницима постоје слободне наелектрисане честице не значи да су проводници наелектрисани. У нормалним условима проводници су електронеутрални – исти број позитивних и негативних наелектрисања.

Тела могу да се наелектришу трењем, додиром и електростатичком индукцијом.

Пример:

  • наелектрисање додиром

provodnik u el polju 1

  • наелектрисање електростатичком индукцијом

provodnik u el polju 2

Под дејством електричног поља у проводницима настаје раздвајање наелектрисања. Процес прерасподеле наелектрисања у проводнику изврши се за врло кратко врема (реда микросекунде). После чега се успостави равнотежа наелектрисања на проводнику.

Када се проводнику преда наелектрисање, између делића тог наелектрисања делују одбојне силе, тако да они заузимају најудаљеније положаје – распоређују се по површини проводника.

Наелектрисање проводника карактерише површинска густина.

 \sigma = \frac{q}{S}       за сферу (лопту)      \sigma=\frac{q}{4\pi R^{2}}

Површинска густина наелектрисања на проводнику зависи од облика проводника. Распоред наелектрисања на сфери је равномеран. На телима која немају сферни облик, распоред наелектрисања није равномеран. Густина наелектрисања је највећа на шиљцима (испупченим деловима), мања је на равним деловима, а најмања на удубљеним деловима.

На местима где је полупречник кривине мањи, густина наелектрисања је већа.

provodnik u el polju 4 2016-03-03_12-52-38

Ефекат шиљка:

2016-03-03_12-54-31

Како је шиљак наелектрисан великом количином наелектрисања, на његовом врху се јавља јако електрично поље.  Ово електрично поље јонизује ваздух испред шиљка. Јони исте врсте наелектрисања као што је наелектрисање шиљка удаљавају се великом брзином. Такво струјање наелектрисања назива се електрични ветар. Електрични ветар може да повије пламен свеће, па чак и да га угаси.

На сличан начин функционише громобран.

Громобран је метална шипка, која је повезана са земљом помоћу проводне шипке. На врху шипке је шиљак. Шиљак се наелектрише електростатичком индукцијом под дејством наелектрисаних облака. Изузетно јако електрично поље јонизује ваздух између облака и шиљка. За кратко време се наелектрисање са облака пренесе кроз јонизован ваздух на шиљак, а од шиљка кроз шипку до земље.

Закључак:

  • Наелектрисање доведено на проводник распоређује се по његовој површини.
  • Јачина електричног поља у проводнику је једнака нули
  • Површина проводника је еквипотенцијална површина.
  • У свим тачкама проводника потенцијал је исти.

Електростатичка заштита

Пошто се наелектрисање на проводнику распоређује по спољашњој површини у унутрашњости проводника нема електричног поља. То важи и кад у проводнику постоји шупљина произвољних димензија.

2016-03-03_12-56-07

На овој чињеници је заснована електростатичка заштита.

Простор са свих страна ограђен проводником заштићен је од свих електричних поља која стварају наелектрисања која се налазе изван тог простора. Сви метални проводници који имају улогу електростатичке заштите називају се Фарадејев кавез.

Фарадејев кавез представља простор ограничен неким проводљивим материјалом, или мрежом направљеном од таквог материјала. Такав простор има особину да блокира спољашње електрично поље.

Фарадејев кавез је добио име по физичару Мајклу Фарадеју, који је показао да се електрицитет у проводнику помера ка спољашњости, односно да не постоји у унутрашњости проводника. Разлог ове појаве је чињеница да се електрицитет распоређује по површини на начин који поништава електрично поље у унутрашњости.

Потенцијал електричног поља и електрични напон Електрични дипол