حفاظت از میدان الكتریكی

مثال : بار +qدر مركز حفرة كره رسانای بی‌باری قرار گرفته است.

نشان دهید كه بار القایی

الف) در داخل سطح فلز -q

ب) و در خارج سطح فلز +q خواهد بود.

الف) خطوط میدان از بار +q در داخل حفره سرچشمه گرفته و شروع می‌شوند. از آن جا كه میدان الكتریكی داخل رسانا باید صفر باشد ( در الكتریسیته ساكن ) بنابراین خطوط میدان با رسیدن به سطح داخلی فلز باید پایان یابند.

از آن جا كه خطوط میدان فقط روی بارهای منفی خاتمه می‌یابند در نتیجه باید روی سطح داخلی رسانا بار منفی القا شده باشد. در ضمن، هیچ خط میدانی از بین نمی رود، پس كل بار القا شده در داخل رسانا برابر با q ولی از لحاظ علامت منفی است. بنابر این در داخل رسانا بار q- القا می‌شود.

ب) قبل از آنكه بار +q به داخل حفرة فلزی منتقل شود كره فلزی خنثی بوده یعنی بار خالصی آن صفر است. همان طور كه در پاسخ الف مشاهده نمودید بار q- در داخل سطح كره القا می‌شود بنابر این بار +q روی سطح بیرونی ایجاد می گردد.

بار +q روی سطح خارجی فلز باعث به وجود آمدن خطوط میدان شعاعی به سمت بیرون می‌شود. این خطوط میدان به دلیل وجود بار +q در داخل فلز ایجاد شده اند، پس فلز نمی‌تواند محیط خارج را از باری كه در درونش قرار دارد حفاظت كند.

نكته جالب این است كه حتی اگر بار در داخل فلز جابه جا شود، خطوط میدان خارج از سطح فلز تغییر نمی‌كند و فقط آرایش بارهای القایی در سطح داخلی فلز تغییر یافته و خطوط میدان منحنی می‌شود.

مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: محسنی

تنظیم: مریم فروزان کیا