سه شنبه 3 اسفند 1395 - 24 جمادي الاول 1438 - 21 فوريه 2017
رسانا بودن یك فلز اثر مهمی بر میدان الكتریكی داخل و خارج آن دارد. در مواد رسانا بارها تحت اثر نیروی الكتریكی (كه از میدان الكتریكی حاصل شده است) به حركت در می‌آیند. ...
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :

میدان داخل یك رسانا

رسانا بودن یك فلز اثر مهمی بر میدان الكتریكی داخل و خارج آن دارد. در مواد رسانا بارها تحت اثر نیروی الكتریكی (كه از میدان الكتریكی حاصل شده است) به حركت در می‌آیند.

 

میدان داخل یك رسانا

فرض كنید مقداری الكترون اضافی در داخل یك تكه مس قرارداده می شود (شكل روبه‌رو). به هر یك از این الكترون ها نیروی دافعه‌ای وارد می‌شود كه منشاء آن میدان الكتریكی بارهای مجاور می‌باشد.

 

میدان داخل یك رسانا

به دلیل رسانا بودن، الكترون های اضافی توسط این نیرو به سطح مس رانده می‌شوند تا بیشترین فاصله را از یكدیگر داشته باشند. به محض اینكه شرایط استاتیكی (ایستایی) حاصل شد، تمام بارهای اضافی در سطح قرار گرفته و دیگر هیچ حركتی در بارها روی نخواهد داد.

به طریق مشابه بارهای مثبت اضافی به سطح رسانا منتقل می‌شوند.

 

 

به طور كلی، تحت شرایط تعادل الكترواستاتیكی، هر بار اضافه در رسانا فقط بر روی سطح آن قرار می گیرد.

 

اكنون میدان الكتریكی درون رسانا را مورد بررسی قرار می‌دهیم. اگر میدان الكتریكی در داخل رسانا وجود داشته باشد نیروی خالصی ( E=qE ) به بارها وارد می‌شود كه باعث به وجود آمدن جریان كوتاه مدت در فلز می‌گردد.

از آن جا كه منبع انرژی برای ایجاد جریان دائم وجود ندارد بارهای آزاد رسانا طوری خودشان را روی سطح فلز قرار می‌دهند تا میدان حاصل از آن ها، میدان اولی را خنثی كند. در این شرایط گفته می‌شود كه تعادل الكترواستاتیكی ایجاد شده است. بنابراین در شرایط تعادل، میدان الكتریكی در تمام نواحی داخل یك رسانا صفر می‌باشد.

زمان جابه جایی بارهای آزاد در رسانا برای رسیدن به حالت تعادل به نوع رسانا بستگی دارد. برای مس و رسانا های خـوب ایـن زمـان بـسیار كـوتـاه می‌باشد (حدود 10-12 ثانیه) و در عمل از این زمان صرفه نظر می شود.

 

در شكل زیر استوانه رسانای بدون ‌باری را مشاهده می‌كنید كه در شرایط تعادل الكترواستاتیكی در وسط صفحات یك خازن با صفحات موازی قرار گرفته است.

 

 

بارهای القا شده بر روی سطح استوانه، خطوط میدان الكتریكی خازن را تغییر می‌دهند. از آن جا كه میدان الكتریكی داخل رسانا صفر است، خطوط میدان نمی‌تواند داخل استوانه شوند.

 

 

در حقیقت خطوط میدان به بارهای القا شده در استوانه خاتمه یافته یا از آن ها شروع می‌شوند. بنابراین به یك بار آزمون در داخل رسانا، هیچ نیرویی از طرف بارهای روی صفحات خازن اعمال نمی شود. به بیان دیگر جسم رسانا، هر بار واقع در داخلش را از میدان الكتریكی خارج رسانا حفاظت می‌كند. این توانایی حفاظت، به واسطه بارهای القایی در سطح فلز حاصل می شود.

 

از آن جا كه میدان الكتریكی داخل رسانا صفر است، اگر حفره‌ای در داخل رسانا به وجود آید هیچ تغـیـیری در مطـالـب گفـته شـده در بالا حاصـل نشده و میدان الكتریكی در آن نیز صفر خواهد بود. به شكل زیر توجّه كنید:

 

میدان داخل یك رسانا

بنابراین فضای داخل حفره از میدان الكتریكی خارجی حفاظت شده است. این موضوع كاربرد مهمی در حفاظت مدارهای الكترونیكی دارد. میدان های الكتریكی آشفته كه توسط وسایل الكتریكی خانگی به وجود می‌آیند (مثل سشوار، مخلوط كن یا جارو برقی) می‌توانند بر مدارهای آمپلی فایر، رادیو، تلویزیون و كامپیوتر اثر بگذارند.

 

برای حذف چنین میدان هایی، مدارهای الكترونیكی این وسایل داخل جعبه های فلزی قرار می‌گیرند تا با این روش در برابر میدان‌های الكتریكی آشفته حفاظت شوند.

 

شكل زیر نكته دیگری را نیز در بر دارد.

 

 

در این شكل مشاهده می‌كنید كه چگونه خطوط میدان الكتریكی خارجی توسط رسانا تغییر شكل یافته اند. خطوط میدان طوری تغییر یافته اند كه در خارج سطح یك رسانا، عمود بر سطح ‌باشند.

 

میدان داخل یك رسانا

اگر خطوط میدان، عمود بر سطح رسانا نباشند (شكل مقابل) آن گاه میدان الكتریكی مؤلفه‌ای موازی سطح دارد. از آنجا كه الكترون ها روی سطح رسانا می‌توانند حركت كنند، آن گاه این مؤلفه موازی میدان باعث به حركت در آمدن بارهای سطحی می‌شود.

 

امّا می‌دانیم كه در شرایط الكترواستاتیكی بارها حركت نمی كنند. پس میدان الكتریكی در سطح فلز مؤلفه مماسی نداشته و بنابراین میدان الكتریكی حتماً عمود بر سطح رسانا می‌باشد.

 

مطالب گفته شده در بالا فقط در شرایط تعادل الكترواستاتیكی (الكتریسیته ساكن) درست می‌باشد. این ویژگی ها ارتباط نزدیكی با بارهای آزاد متحرّك در رسانا دارد و به عبارتی دیگر مطالب فوق برای مواد نارسانا برقرار نمی باشد.

 

مرکزیادگیری سایت تبیان - تهیه: محسنی

تنظیم: مریم فروزان کیا

تلفن : 81200000
پست الکترونیک : public@tebyan.com
آدرس : بلوارکشاورز ، خیابان نادری ، نبش حجت دوست ، پلاک 12

ارتباط با ما

روابط عمومی

درباره ما

نقشه سایت

تعدادبازدیدکنندگان
افراد آنلاین