|
|
|
| Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии | |
Стартовая страница |
О системе |
Технические требования |
Синтез |
Обучающий модуль |
Справка по системе |
Контакты |
 | Электростатическая индукция |
 | |
Анимация
Описание
При внесении незаряженного проводника во внешнее электрическое поле с напряженностью E0, носители заряда приходят в движение: положительные в направлении вектора E0, а отрицательные - в противоположную сторону. В результате на противоположных концах проводника возникают разноименные заряды, называемые индуцированными зарядами. Индуцированные заряды создают собственное электрическое поле с напряженностью E1, поэтому напряженность электрического поля внутри и вне проводника будет равна векторной сумме напряженностей полей:
E = E0+E1.
На рис. 1 сплошными линиями изображено результирующее поле вне.
Электрическое поле вокруг проводника
Рис. 1
Пунктирные линии изображают внешнее электрическое поле. Напряженность поля E1, создаваемого индуцированными зарядами внутри проводника направлена противоположно направлению внешнего поля E0, поэтому напряженность результирующего электрического поля E внутри проводника будет уменьшаться. Перераспределение зарядов будет происходить до тех пор, пока потенциал любой точки проводника, как внутри, так и на поверхности, не станет одинаковым. В этом состоянии напряженность поля внутри проводника равна нулю, а вне проводника, вблизи поверхности, направлена перпендикулярно к поверхности проводника. Из рис. 1 видно, что нейтральный проводник, внесенный в электрическое поле, искажает его, разрывая часть силовых линий.
Индуцированные заряды распределяются по внешней поверхности проводника, поэтому описанные выше закономерности справедливы как для сплошного проводника, так и для проводника с полостью. Если внутри проводника имеется полость, то при равновесном распределении индуцированных зарядов напряженность поля в любой точке внутри полости равна нулю. Носителями заряда в металлах являются электроны, которые образуют обобществленную совокупность свободных частиц не связанных с неподвижными узлами кристаллической решетки. В этом случае даже в быстропеременных электрических полях электроны успевают перераспределяться и поддерживать одинаковый потенциал любой точки проводника. Если в металле есть полость, то напряженность внутри полости будет равна нулю, несмотря на то, что сам металл находится в переменном электрическом поле. На этом основана защита от внешних электрических полей. При измерении слабых электрических сигналов, электронную схему окружают проводящим экраном. Экран может быть сплошным или в виде густой сетки. В этих случаях внешнее поле внутри экрана компенсируется полем возникающих на поверхности экрана индуцированных зарядов.
Ключевые слова
Разделы наук
Применение эффекта
Для защиты от внешних электрических полей и для устранения помех в электронных схемах, их помещают в металлические экраны. Например, в «крабах» (устройствах для подключения нескольких телевизоров к одной антенне) электрическая схема находится в металлическом экране. Металлический, сплетенный в виде сетки цилиндрический экран телевизионного кабеля, защищает от внешних электрических полей центральный провод, по которому передается телевизионный сигнал. На явлении электростатической индукции основаны также принципы работы электростатических фильтров, и электростатических сепараторов молекул.
Реализации эффекта
Электростатическая индукционная машина
В качестве примера технической реализации эффекта приведем электростатическую индукционную машину (см. рис. 2).
Электростатическая индукционная машина
Рис. 2
Она служит для непрерывного получения зарядов. Она имеет два параллельных диска из хорошо изолирующего материала (например, эбонитом). Диски укреплены на горизонтальных полуосях и вращаются в противоположные стороны. На каждом диске наклеены на равных расстояниях пластины из тонкой металлической фольги. Два металлических изолированных стержня укрепленных на станине машины, соединяют противоположные пары пластин на каждом диске. Контакт осуществляется при помощи металлических щеток, укрепленных на концах стержней. Оба стержня повернуты друг относительно друга на некоторый угол. Возникающие на пластинах заряды собираются щетками и накапливаются на соединенных с ними металлических проводниках - электродах.
Принцип действия машины основан на том, что к проводнику подносится заряженное тело, а сам проводник заземляется. При этом заряды, одноименные с зарядом тела, под действием электрического отталкивания уйдут в землю, заряды же противоположного знака будут удержаны на проводнике притяжением к влияющему телу. Если теперь отсоединить проводник от земли и убрать влияющее тело, то проводник окажется заряженным и притом зарядом противоположного знака по отношению к заряду тела.
Такой процесс повторяется периодически. При этом значительно увеличивают возникающие заряды, используя принцип мультипликации зарядов, т.е. часть зарядов, получаемых с помощью индукции, используют для усиления заряда влияющего проводника. Это приводит к увеличению индукционных зарядов, что в свою очередь еще больше увеличивает заряд влияющего тела, и т.д.
Литература
1. Савельев И. В. Курс общей физики.- М.: Наука, 1988.- Т.2.- C.86-87.
2. Сивухин С.Д. Общий курс физики.- М.: Наука, 1977.- Т.3. Электричество.- С.52-59.
| Стартовая страница О системе Технические требования Синтез Обучающий модуль Справка по системе Контакты | |
 |
|
| Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина | |
