Напряженность поля вблизи заряженной поверхности проводника прямо пропорциональна поверхностной плотности зарядов проводника:
Вследствие отталкивания одноименных зарядов, наибольшая плотность заряда оказывается в наиболее выпуклых местах – на ребрах и остриях. Вблизи этих мест эквипотенциальные поверхности расположены ближе одна к другой, а градиент потенциала и соответственно напряженность электростатического поля Е максимальны вблизи острых выступов.
Линии напряженности и эквипотенциальные поверхности вблизи острия
Кулоновское воздействие разных по площади поверхностей уравновешивается разной плотностью зарядов на них. Поэтому на остриях (где малая площадь поверхности) высокая плотность зарядов, а, следовательно, и высокая напряженность электростатического поля.
Явление «стекания» зарядов с острия
Пластина электрометра заряжается до значительного напряжения зарядом того же знака, что и острие.
Явление «стекания» зарядов с острия
Причина этого явления заключается в большой величине напряженности электрического поля возле острия. В результате воздух возле острия начинает ионизироваться. Одноименные ионы движутся от острия и заряжают положительно пластину, снимая с нее электроны. Ионы противоположного знака (в данном случае отрицательные) или электроны движутся к острию и, если острие не подзаряжать, заряд его будет уменьшаться, как бы «стекать» с острия.
«Электрический ветер»
Ионы, заряженные одноименно с острием движущиеся от него с большой скоростью, сталкиваются с молекулами воздуха, ионизируют их и таким образом возникает все большее число движущихся ионов, которые увлекают при своем движении и нейтральные молекулы, отчего возникает направленное течение воздуха от острия, приводящее к сдуванию пламени свечи «электрическим ветром». Ионы, заряженные разноименно с острием, движутся к нему, но их влияние на «электрический ветер» несущественно, так как образование и разгон ионов происходит в непосредственной близости от острия.
«Электрический ветер»
Коронный разряд
Если увеличивать плотность зарядов на заостренных участках проводника, то возникает огромная напряженность электрического поля и при Е = 3·10⁶ В/м воздух при атмосферном давлении вблизи острия ионизируется, а стекание зарядов происходит в виде искр, образующих корону. Основным механизмом при этом является ионизация электронным ударом, когда электрон при свободном пробеге приобретает кинетическую энергию, превышающую энергию связи W электрона с атомом.
Кинетическая энергия Wk , приобретаемая электроном, равна работе сил электрического поля напряженностью Е:
где l – длина свободного пробега.
Отсюда приближенное условие начала ионизации электронным ударом:
Для воздуха энергия ионизации W ≈ 15 эВ.
Спасибо за внимание. Ставьте лайки и подписывайтесь :)