Vật dẫn điện trong trường tĩnh điện

38

Dây dẫn trong lĩnh vực nhà máy điện

“Tôi muốn kể cho bạn nghe một trải nghiệm mới và khủng khiếp, mà tôi không khuyên bạn lặp lại… Đột nhiên tay phải của tôi bị đánh mạnh đến nỗi toàn thân tôi rung lên, như bị sét đánh. …Nói một cách dễ hiểu, tôi nghĩ rằng kết cục đã đến… Vì vương miện của Pháp, tôi sẽ không đồng ý một lần nữa phải chịu sự hợp tác khủng khiếp như vậy…” Phương trình.”
Muschenbrek đã thực hiện một thí nghiệm về điện vào năm 1745 và thu được tụ điện đơn giản nhất, sau này được gọi là bình Leyden. Trong các thí nghiệm, giáo sư đã phải chịu “sự hợp tác khủng khiếp như vậy” do sự phóng điện của một tụ điện qua cơ thể con người, mà như bạn đã biết, là một chất dẫn điện.

Việc các chất dẫn điện tồn tại trong tự nhiên đã làm phong phú thêm thế giới xung quanh chúng ta với nhiều hiện tượng điện khác nhau, một số trong đó không hề nguy hiểm. Chất dẫn điện rất quan trọng trong việc nghiên cứu điện từ.

Chúng ta hãy xem xét chi tiết trường hợp một dây dẫn đứng yên tích điện nằm trong trường điện bên ngoài (được tạo ra do cấu tạo của các điện tích đứng yên). Trong một vật dẫn điện, sớm hay muộn tất cả các điện tích sẽ hoán đổi và trạng thái cân bằng sẽ xảy ra (vì nếu không chúng ta sẽ có một động cơ chuyển động vĩnh viễn do không truyền nhiệt trong quá trình chuyển động của các điện tích). Đối với một dây dẫn tích điện đặt trong điện trường ngoài, các phát biểu sau đây là đúng.

1. Trường bên trong dây dẫn. Tại bất kỳ điểm nào bên trong dây dẫn, hướng của điện trường bằng không. Thật vậy, nếu điều kiện này không được đáp ứng, các điện tích tự do trong dây dẫn sẽ bắt đầu chuyển động dưới tác dụng của lực trường, và trạng thái cân bằng sẽ bị phá vỡ.

2. Sự phân bố điện tích trong vật dẫn. Để trả lời câu hỏi về sự phân bố điện tích trong vật dẫn, chúng ta cần làm rõ một số tính chất của đường dây điện trường nhà máy điện. Ví dụ, đường sức của điện trường (trong đó có nhà máy điện) là một đường tưởng tượng trong không gian, được vẽ sao cho tiếp tuyến của nó tại mỗi điểm trùng với vectơ chỉ phương của điện trường tại điểm đó. Kinh nghiệm nghiên cứu trường điện đưa ra lý do để kết luận rằng các đường sức của các trường này là liên tục và không khép kín, chúng chỉ có thể bắt đầu trên các điện tích dương và chỉ kết thúc trên các điện tích âm và không thể bắt đầu (kết thúc) tại một điểm trong không gian không có điện tích. Khi mô tả bằng đồ họa trường của một số hệ điện tích, số lượng đường sức bắt đầu hoặc kết thúc trên bất kỳ điện tích nào tỷ lệ thuận với mô hình của điện tích này. Từ đó suy ra rằng các đường sức nhất thiết phải rời khỏi (hoặc đi vào) bất kỳ điện tích nào.

Sau những gì đã nói về đường sức, chúng ta hãy quay lại câu hỏi về sự phân bố điện tích trong vật dẫn. Chúng ta hãy nhẩm chọn một thể tích đủ nhỏ tùy ý ΔV bên trong dây dẫn (hình 1). Giả sử rằng khối lượng này có điện tích (theo định nghĩa là dương). Khi đó các đường sức sẽ xuất hiện từ thể tích đã chọn, tức là một điện trường sẽ tồn tại gần nó. Nhưng không có trường bên trong dây dẫn. Vì vậy, khối lượng được phân bổ phải ở mức trung tính. Và vì chúng ta lấy thể tích này ở một vị trí tùy ý bên trong dây dẫn, nên chúng ta có thể nói rằng toàn bộ “bên trong” dây dẫn là trung tính và do đó, toàn bộ điện tích của dây dẫn nằm trên bề mặt của nó.

3. Trường bên ngoài dây dẫn được tạo thành từ bề mặt của nó. Vectơ chỉ phương của trường nhà máy điện trong bất kỳ