Для школьников.
В опубликованных ранее статьях (чем отличаются проводники от диэлектриков; Электроскоп. Что можно определить с помощью этого прибора?; Электрометр; что произойдёт, если незаряженный проводник поместить в электрическое поле? Индукционные заряды) говорилось о способности проводников легко электризоваться из - за наличия в них свободных электронов.
Зададимся такими вопросами:
1. Можно ли, имея только слабо заряженный проводник ( с небольшим по модулю зарядом) сообщить значительный заряд другому проводнику? 2. Какой по модулю заряд может накопить на себе проводник?
Отвечаем на первый вопрос. Оказывается, что можно. Поясняем.
Если вблизи заряженного тела поместить проводник (пусть это будет металлический шарик), то благодаря явлению электростатической индукции шарик приобретёт заряд противоположного знака при условии его кратковременного соединения с Землёй (см. решение задачи в Занятии 52)
Шар, показанный на рисунке, назовём шариком. Почему его надо соединить с Землёй кратковременно?
Ответ: При кратковременном соединении с Землёй с шарика в Землю уйдут одноимённые с зарядом, создавшем электрическое поле, индуцируемые заряды из-за их отталкивания от создавшего электрическое поле заряда. Когда заземление уберём, то оставшиеся на шарике (в нашем случае отрицательные) заряды распределятся по поверхности шарика равномерно.
(Если заземление шарика будет длительным, то в Землю уйдут и отрицательные индуцируемые заряды. Земля принимает и положительные, и отрицательные заряды.)
Теперь представим , что заряженным шариком на изолированной ручке коснёмся внутренней поверхности полого изолированного от Земли шара. (На рисунке под цифрой 2 изображено тело другой формы, но это неважно.)
Тогда заряд шарика перейдёт на внешнюю поверхность полого шара (избыточные заряды распределяются по внешней поверхности проводника вследствие их отталкивания друг от друга.)
Повторяя это касание многократно, можно сообщить полому шару значительный (но не бесконечно большой) заряд. Максимальное значение заряда полого шара будет зависеть от диэлектрика, окружающего этот шар - от напряжённости электрического поля, при котором произойдёт пробой диэлектрика (см. статью "искровой разряд")
Для ответа на второй вопрос решим задачу:
Какой заряд можно сообщить шару радиусом R, если пробой в воздухе происходит при напряжённости электрического поля
равной 3 МВ/м (3000000 В/м)
Решение.
На рисунке представлен график зависимости напряжённости электрического поля заряженного шара от расстояния до шара, из которого видно, что внутри заряженного шара электрического поля нет, а
Отсюда найдём максимально возможный заряд шарика, учитывая, что диэлектрическая проницаемость воздуха равна единице, а коэффициент пропорциональности
Максимальный заряд шарика пропорционален квадрату его радиуса.
Электроёмкость проводника - это мера его способности накапливать на себе электрический заряд.
О том, почему ёмкость проводника увеличивается при приближении к нему других тел, будет говориться в следующей статье.
К.В. Рулёва, к. ф.-м. н., доцент. Подписывайтесь на канал. Ставьте лайки. Пишите комментарии. Спасибо.
Предыдущая запись: Задачи к занятию 52 на тему "Электростатическая индукция"
Следующая запись: Как оценить электроёмкость тела человека?
Ссылки на занятия до электростатики даны в Занятии 1.
Ссылки на занятия, начиная с электростатики, даны в Занятии 45.
