در این فیلم آموزشی با چگونگی توزیع بار در اجسام رسانا و نارسانا آشنا خواهید شد.
توزیع بار در اجسام
اگر به جسمی نارسانا بار الکتریکی داده شود به طور تقریبی بار در همان محلی که به آن داده شده است می ماند. به عبارت دیگر موضوع توزیع بار در اجسام نارسانا چندان صورت نمی گیرد.
حال جسم رسانایی را در نظر بگیرید. به نظر شما اگر باری اضافی به این جسم داده شود، چگونه در آن توزیع می‌شود؟ اگر این جسم در میدان الکتریکی خارجی قرار گیرد، توزیع میدان در داخل و خارج آن چگونه می‌شود؟
نخستین بار بنیامین فرانکلین برای پی بردن به اینکه بار الکتریکی داده شده به رسانای خنثی چگونه در آن توزیع می‌شود، آزمایشی را طراحی کرد. 80 سال یعد نیز مایکل فارادی آزمایش دیگری را طراحی کرد که چگونه توزیع بار در اجسام رسانا را مشخص می کند.
اگر به جسمی نارسانا بار الکتریکی داده شود بار در همان محل داده شده می ماند.
توزیع بار در اجسام رسانا
اما اگر به جسمی رسانا بار الکتریکی داده شود:
1- بار داده شده در سطح خارجی جسم رسانا قرار می گیرد.
2- بار الکتریکی طوری توزیع می شود که پتانسیل الکتریکی جسم در تمامی نقاط آن مساوی شود. زیرا اختلاف پتانسیل الکتریکی عامل شارش بار می باشد. همان طور که می دانید در اجسام رسانا الکترون ها می توانند آزادانه حرکت کنند پس بار به گونه توزیع شود که اختلاف پتانسیل وجود داشته باشد الکترون ها آنقدر جابجا می شوند تا این اختلاف پتانسیل از بین برود.
3- اگر جسم مانند کره یکنواخت باشد چگالی سطحی بار در تمامی نقاط سطح خارجی آن یکسان است اما اگر جسم یکنواخت نباشد در لبه های نوک تیز چگالی سطحی بار بیشتر خواهد بود.
4- میدان الکتریکی در داخل رسانا صفر می باشد. زیرا اگر میدان صفر نباشد باید همواره به الکترون ها آزاد نیرو وارد شود و جریان الکتریکی دائمی وجود داشته باشد.
5- خطوط میدان بر سطح رسانا عمود می باشند. ضمنا تراکم خطوط میدان در قسمت های نوک تیز آن بیشتر است.
اگر به جسمی رسانا بار الکتریکی داده شود بار داده شده در سطح خارجی جسم رسانا قرار می گیرد.
مثال
برای آشنایی بیشتر با چگونگی توزیع بار در اجسام رسانا به نمونه سوالی درباره آن توجه نمایید:
وقتی به یک گوی فلزی توپر بار الکتریکی مثبت بدهیم، کدامیک از موارد زیر در مورد آن درست است؟
1) بار الکتریکی به طور یکنواخت در تمام نقاط گوی پخش می‌شود.
2) تمام بار الکتریکی روی سطح خارجی جسم قرار میگیرد.
3) پتانسیل الکتریکی داخل گوی صفر و سطح خارجی آن مخالف صفر است.
4) پتانسیل الکتریکی تمام نقاط داخل جسم و سطح آن برابر است.
5) میدان الکتریکی در داخل آن صفر و در نقاط سطح آن در امتداد شعاع گذرنده از آن نقاط است.
6) چگالی سطحی بار در تمام نقاط سطح کره برابر است.
پاسخ:
1- بار الکتریکی در تمامی نقاط سطح خارجی به طور یکنواخت پخش می شود. اما در تمام نقاط گوی مانند سطح درونی آن یکنواخت نیست پس گزینه 1 نادرست است.
2- جمله 2 درست است.
3- پتانسیل الکتریکی در تمامی نقاط گوی صفر خواهد بود پس این عبارت نیز نادرست است.
4- چون پتانسیل الکتریکی در تمامی نقاط صفر است پس این جمله نیز صحیح می باشد.
5- جمله 5 درست است. چون میدان الکتریکی در داخل کره صفر است و بخش دوم نیز عمود بودن خطوط میدان را ذکر می کند.
6- جمله 6 نیز درست است به خاطر خاصیت کروی بودن گوی چگالی سطحی تمام نقاط آن یکسان است.
برای یادگیری بهتر چگونگی توزیع بار در اجسام رسانا حتما ویدئو آموزشی را به طور کامل مشاهده کنید.
سوالات متداول
بار الکتریکی داده شده در سطح خارجی جسم رسانا قرار می گیرد.
در اجسام نارسانا بار در همان محلی که وارد شده می ماند.
