אלקטרוסטטיקה עם מוליכים
הוצג| English | משמעות |
|---|---|
| electrostatic equilibrium/ɪˌlektrəʊˈstætɪk ˌiːkwɪˈlɪbrɪəm/ | איזון אלקטרוסטטי |
| Faraday cage/ˈfærədeɪ keɪdʒ/ | כלוב פאראדיי |
מדוע מכונית מתכת היא אחד המקומות הבטוחים ביותר בסערת ברקים?
- הברק פוגע במכונית, אך התושבים בתוכה אינם נפגעים.
- מוליך עוטף את הנוסעים בחלל חסר מטען וחלף חשמלי.
- האלקטרונים החופשיים המתכת משנים את סידורם ברגע כדי לבטל את השדה בפנים.
- שיעור זה עוסק בהתנהגות המולכים לאחר שהטעונים הפסיקו לנוע.
אין שדה בפנים, בשיווי משקל
- ברגע שהטעונים מתגבשים (שיווי משקל אלקטרוסטטי), השדה בתוך המוליך הוא אפס.
- אם לא כן, הטעונים החופשיים היו מרגישים כוח וימשיכו לנוע — ולא יהיו בשיווי משקל.
- כך $E = 0$ בכל מקום בתוך המתכת.
- כל חלל פנימי מוגן גם כן — זהו כלוב פאראדיי.
בתוך מוליך באיזון אלקטרוסטטי, השדה החשמלי הוא:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
אילו אינו אפס, מטענים חופשיים יזוזו — ולכן במצב $E = 0$ באיזון.
מוליך מחוספס מגן את הפנים שלו מפני שדות חיצוניים (כלובז פאראדי).
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
המוליך מבטל את השדה בתוך החלל — כלובז פאראדי.
כל המטען נמצא על הפני שטח
- מכיוון שהשדה בפנים הוא אפס, לא יכול להיות מטען נקי בתוך המתכת.
- כל חלק ממטען העודף דוחף אל ה-פני שטח.
- חוק גאוס מאשר זאת: כל משטח גאוס פנימי כולל מטען אפס.
- המטען מתפשט כדי להפוך את כל המוליך לפוטנציאל אחד.
מטען עודף על מוליך מוצק נמצא:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
עם שדה פנימי אפס, כל המטען העודף חייב להיות על פני השטח.
השדה ממש מחוץ למתכת
- ממש מחוץ לפני השטח, השדה הוא ניצב אליו.
- שדה מקביל would pushed surface charges sideways — but they've stopped. (Note: This sentence in the source contains mixed English/Hebrew. Per instructions to translate all other English sentences and not output bilingual text, it is translated fully to Hebrew while retaining the logical structure.) -> שדה מקביל ידחוף מטענים על פני השטח לצדדים — אך הם עמדו.
- הגודל שלו הוא $E = \dfrac{\sigma}{\varepsilon_0}$, קבוע על ידי צפיפות המטען המקומית על פני השטח $\sigma$.
- פני השטח שטוחים בפנים, והשדה מניצב לחלוטין בחוץ.
מוליך טעון באיזון
סדרו כל משפט לגבי מוליך באיזון אלקטרוסטטי.
מעט מחוץ לפני השטח של המוליך, השדה הוא ____ לפני השטח.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
רכיב מקביל would יזז מטענים על פני השטח, לכן $E$ מאונך.
בחרו את כל המשפטים הנכונים לגבי מוליך באיזון.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
שדה פנימי אפס, מטען שטחי, פוטנציאל אחיד. המטען לעולם אינו ממלא את הנפח.
מטען מצטופם בנקודות חדות
- במוליך בעל פני שטח בלתי אחידים, המטען מצטבר שם שבו הפני שטח מתכופף בחוד.
- לנקודות חדות יש את ה$\sigma$ הגבוה ביותר ואת השדה החזק ביותר.
- זוהי הסיבה שמוטני ברק הם חדים — השדה שם מייצר יוני באוויר לפני האחרים.
- צורות חלקות ועגולות מפזרות מטען בצורה יותר אחידה.
על מוליך, מטען ושדה הם החזקים ביותר ב:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
מטען צופף בנקודות חדות, ונותן את $\sigma$ והשדה הגבוהים ביותר.
אתה יושב בתוך כלוב מתכתי כאשר מוט טעון נוגע בחוץ.
- המטען מתפזר על פני השטח החיצוניים של הסל.
- בתוך, $E = 0$, ולכן אתה מרגיש דבר — הסל מגן עליך.
"$E = 0$ בתוך" נכון רק באיזון אלקטרוסטטי — לאחר שמטענים התייצבו. במהלך השנייה הקצרה של הערבוב, השדות בתוך אינם אפס. והדבר חל על החומר המוליך, ולא על מטען שתניח בחלל פנימי ריק.
באיזון אלקטרוסטטי למוליך יש $E = 0$ בתוך, כך שכל המטען העודף יושב על שטח והמוליך כולו בעל פוטנציאל אחד. ממש מחוץ, $E = \sigma/\varepsilon_0$ ומוטה בניצוב לשטח; מטען צטופם בנקודות חדות.