Redistribusi Muatan Antara Konduktor
Diperkenalkan| English | Makna |
|---|---|
| grounding/ˈɡraʊndɪŋ/ | Pembumian |
| surface charge density/ˈsɜːfɪs tʃɑːdʒ ˈdensɪti/ | Kepadatan Muatan Permukaan |
Hubungkan bola besar ke bola kecil — siapa yang mendapat lebih banyak muatan?
- Sambungkan dua konduktor bermuatan dengan kawat dan muatan tiba-tiba mengalir.
- Aliran terus berlanjut hingga ada sesuatu di antara mereka menjadi sama.
- Sesuatu itu adalah potensial, bukan muatan — poin yang halus namun penting.
- Pahami hal ini dengan benar dan Anda akan memahami pembumian, pembagian muatan, dan penangkal petir.
Mereka berakhir pada potensial yang sama
- Muatan mengalir dari potensial tinggi ke rendah, persis seperti air mencari levelnya.
- Berhenti ketika kedua konduktor berada pada $V$ yang sama.
- Pada momen itu tidak ada lagi beda potensial untuk mendorong muatan.
- Potensial sama — bukan muatan sama — adalah keadaan akhir.
Ketika dua konduktor dihubungkan, muatan mengalir hingga mereka memiliki:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Muatan mengalir hingga potensialnya sama — tidak ada dorongan tersisa.
Konduktor yang lebih besar menyimpan lebih banyak muatan
- Untuk bola, $V = \dfrac{kQ}{R}$, sehingga $V$ yang sama berarti $Q \propto R$.
- Bola yang lebih besar akhirnya memiliki porsi muatan yang lebih besar.
- Gandakan jari-jari dan ia menyimpan dua kali lipat muatan pada potensial yang sama.
- Ukuran menentukan berapa banyak muatan yang dapat disimpan konduktor per volt.
Pada potensial yang sama, bola yang lebih besar menyimpan lebih banyak muatan ($Q \propto R$).
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$V = kQ/R$ sama berarti $Q \propto R$ — yang lebih besar menyimpan lebih banyak.
Bola berjari-jari-$3R$ berbagi muatan dengan bola berjari-jari-$R$. Bola besar menyimpan berapa kali lipat muatan bola kecil?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$Q \propto R$, sehingga bola $3R$ menyimpan $3\times$ muatan.
Namun yang kecil memiliki kerapatan muatan lebih tinggi
- Kerapatan muatan permukaan adalah $\sigma \propto \dfrac{1}{R}$ — lebih tinggi pada bola yang lebih kecil.
- Jadi konduktor kecil dan tajam memiliki medan permukaan yang lebih kuat.
- Ini kembali menjadi efek penangkal petir: titik tajam $=$ kerapatan $=$ medan kuat.
- Total muatan besar dan kerapatan tinggi hidup pada konduktor yang berbeda.
Berbagi muatan antar konduktor
Ketika dua konduktor dihubungkan, muatan mengalir hingga mencapai potensial yang sama.
Konduktor manakah yang memiliki kerapatan muatan permukaan lebih tinggi?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$\sigma \propto 1/R$, sehingga konduktor yang lebih kecil lebih padat.
Pilih semua pernyataan benar tentang konduktor yang terhubung.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Potensial sama, $Q \propto R$, $\sigma \propto 1/R$. Pembagian berdasarkan ukuran, bukan 50/50.
Pembumian adalah berbagi dengan Bumi
- Pembumian menghubungkan konduktor ke Bumi yang sangat besar.
- Bumi begitu besar sehingga menyimpan muatan apa pun pada essentially $V = 0$.
- Muatan mengalir hingga konduktor juga mencapai $V = 0$.
- Itulah bagaimana pengisian induksi "menguras" tanda yang tidak diinginkan.
Pembumian menghubungkan konduktor ke Bumi, menariknya ke potensial ____.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Bumi menahan muatan apa pun pada $V = 0$.
Sebuah bola berjari-jari $2R$ disambungkan ke bola berjari-jari $R$, berbagi muatan.
- Potensial sama: $Q \propto R$, sehingga bola besar menyimpan dua kali muatan.
- Tetapi $\sigma \propto 1/R$, sehingga bola kecil memiliki muatan permukaan yang lebih padat.
Konduktor yang terhubung berbagi potensial agar sama, bukan muatan agar sama. Jangan bagi muatan 50/50 — bagilah sebanding dengan ukuran ($Q \propto R$ untuk bola), dan ingat bahwa kerapatan berjalan berlawanan arah ($\sigma \propto 1/R$).
Konduktor yang terhubung menukar muatan hingga mencapai potensial yang sama. Untuk bola, $Q \propto R$ (yang lebih besar menyimpan lebih banyak), sementara kerapatan permukaan $\sigma \propto 1/R$ (yang lebih kecil lebih padat). Pembumian berbagi dengan Bumi, menarik konduktor menuju $V = 0$.