Elektrostatis dengan Konduktor
Diperkenalkan| English | Makna |
|---|---|
| electrostatic equilibrium/ɪˌlektrəʊˈstætɪk ˌiːkwɪˈlɪbrɪəm/ | Kesetimbangan Elektrostatik |
| Faraday cage/ˈfærədeɪ keɪdʒ/ | Kandang Faraday |
Mengapa mobil logam adalah salah satu tempat paling aman saat petir?
- Petir mengenai mobil, namun orang-orang di dalamnya tidak terluka.
- Konduktor membungkus penumpang dalam ruang bebas muatan dan bebas medan.
- Elektron bebas logam mengatur ulang diri seketika untuk membatalkan medan di bagian dalam.
- Pelajaran ini membahas bagaimana konduktor berperilaku setelah muatan berhenti bergerak.
Tidak ada medan di dalam, dalam kesetimbangan
- Setelah muatan menetap (kesetimbangan elektrostatik), medan di dalam konduktor bernilai nol.
- Jika tidak demikian, muatan bebas akan merasakan gaya dan terus bergerak — belum menetap.
- Jadi $E = 0$ di seluruh bagian dalam logam.
- Setiap rongga di dalamnya juga terlindungi — itu adalah kFaraday.
Di dalam konduktor dalam kesetimbangan elektrostatis, medan listrik adalah:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Jika tidak nol, muatan bebas akan bergerak — jadi pada kesetimbangan $E = 0$ di bagian dalam.
Konduktor berongga melindungi bagian dalamnya dari medan eksternal (sangkar Faraday).
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Konduktor membatalkan medan di dalam rongga — sangkar Faraday.
Semua muatan hidup di permukaan
- Karena medan di dalam nol, tidak ada muatan bersih yang bisa berada di dalam.
- Setiap bagian kelebihan muatan didorong ke permukaan.
- Hukum Gauss mengonfirmasinya: setiap permukaan Gauss di bagian dalam melingkupi nol muatan.
- Muatan menyebar agar seluruh konduktor menjadi satu potensial.
Muatan berlebih pada konduktor solid berada:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Dengan medan internal nol, semua muatan berlebih harus terletak di permukaan.
Medan tepat di luar
- Tepat di luar permukaan, medan tegak lurus terhadapnya.
- Medan paralel akan mendorong muatan permukaan menyamping — tetapi mereka telah berhenti.
- Besarnya adalah $E = \dfrac{\sigma}{\varepsilon_0}$, ditentukan oleh kerapatan muatan permukaan lokal $\sigma$.
- Datar di dalam, murni tegak lurus di luar.
Konduktor bermuatan dalam kesetimbangan
Urutkan setiap pernyataan tentang konduktor dalam kesetimbangan elektrostatis.
Tepat di luar permukaan konduktor, medannya ____ terhadap permukaan.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Komponen sejajar akan menggerakkan muatan permukaan, sehingga $E$ tegak lurus.
Pilih semua pernyataan benar tentang konduktor dalam kesetimbangan.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Medan internal nol, muatan permukaan, potensial tunggal. Muatan tidak pernah mengisi volume.
Muatan berkumpul di ujung tajam
- Pada konduktor bergelombang, muatan menumpuk di tempat permukaan melengkung tajam.
- Ujung tajam memiliki $\sigma$ tertinggi dan medan terkuat.
- Itulah mengapa kisi-kisi petir berbentuk tajam — medan di sana mengionisasi udara lebih dulu.
- Bentuk halus dan bulat menyebarkan muatan lebih merata.
Pada konduktor, muatan dan medan terkuat berada di:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Muatan menumpuk di titik tajam, memberikan $\sigma$ dan medan tertinggi.
Anda duduk di dalam sangkar logam saat batang bermuatan menyentuh bagian luarnya.
- Muatan menyebar di permukaan luar sangkar.
- Di dalam $E = 0$, sehingga Anda tidak merasakan apa-apa — sangkar melindungi Anda.
"$E = 0$ di dalam" hanya berlaku dalam keseimbangan elektrostatik — setelah muatan mereda. Selama sesaat penyusunan ulang, medan di dalam bukan nol. Dan ini berlaku pada bahan konduktor, bukan pada muatan yang Anda letakkan di rongga berongga.
Dalam keseimbangan elektrostatik, konduktor memiliki $E = 0$ di dalam, sehingga semua muatan berlebih berada di permukaan dan seluruh konduktor berada pada satu potensial. Tepat di luar, $E = \sigma/\varepsilon_0$ dan tegak lurus terhadap permukaan; muatan terkumpul di titik tajam.