چگالی سطحی بار الکتریکی

یک جسم رسانای دوکی‏ شکل که روی پایۀ عایق قرار دارد دارای بار الکتریکی (مثلاً منفی) است.

 الف) یک سر سیم رسانایی به کلاهک برق‏نمای بدون بار متصل است. سر دیگر سیم را به کجای جسم وصل کنیم تا انحراف بیشتری در تیغه‏ ها دیده شود؟

ب) یک گلولۀ رسانای کوچک که از نخ نارسانایی آویخته شده است را به این جسم می‏زنیم و سپس گلوله را به کلاهک دستگاه تماس می‏دهیم. گوی را به کدام بخش جسم تماس دهیم تا انحراف تیغه‏ ها بیشتر شود؟

پاسخ : با توجه به اینکه جسم دوکی شکل است پس از بارهای منفی بر سطح خارجی آن پخش شده است. البته قسمت نوک تیز تراکم بار بیشتری دارد.

در قسمت الف برای انحراف بیشتر تیغه ها نیاز به شارش بار بیشتر می باشد. عامل شارش بار اختلاف پتانسیل می باشد. پس باید سرسیم را به قسمتی بزنیم که اختلاف پتانسیل منفی تری داشته باشد. از آنجا که اختلاف پتانسیل در تمامی نقاط رسانا مشابه است پس به هر قسمت جسم دوکی شکل سرسیم را متصل کنیم تفاوتی ندارد.

در قسمت ب نیز گلوله را به جسم خود می زنیم و مقداری بار بر روی آن منتقل می شود. با تماس گلوله و کلاهک، الکتروسکوپ یا برق نما مقداری بار منفی پیدا می کند و تیغه های آن باز می شود. در این روش مقدار باری که توسط گلوله از جسم دوکی شکل برداشته می شود رابطه مستقیمی با چگالی سطحی بار دارد. یعنی اگر گلوله را به قسمتی مانند سر تیز دوک تماس دهیم که چگالی سطحی بیشتری داشته باشد، گلوله بار بیشتری دریافت کرده و انحراف تیغه های برق نما بیشتر می شود.