Distribution de la charge électrique sur une surface conductrice

Qu'y a-t-il en commun entre s'asseoir dans une voiture en cas de foudre et un groupe de bébés dans des couches sales? Eh bien, les deux aident à expliquer où se déplacent les charges électriques - quand elles peuvent le choisir. Les charges électriques, comme tu le sais sûrement, se divisent en deux groupes: positives et négatives. Un électron est une particule à charge négative et un proton est une particule à charge positive. Chaque «chose», chaque objet chargé électriquement crée un champ électrique qui l'entoure.

Un champ électrique est un peu comme un champ magnétique. Les deux types de champs sont liés l'un à l'autre, mais ce n'est pas la même chose. Le champ électrique généré par l'objet chargé se propage dans toutes les directions vers l'extérieur . Il est le plus puissant près de l'objet chargé et devient de plus en plus faible en s'éloignant. Lorsqu'on dessine un champ électrique entourant quelque chose de chargé positivement, on montre le champ comme s'éloignant de la matière chargée.

Un champ électrique entourant un objet chargé négativement est dessiné comme s'approchant vers la matière chargée. Lorsqu'un objet chargé entre dans le champ électrique d'un autre objet, les deux particules subissent une force. Si une particule est positive et une négative, les objets subissent une force l'un envers l'autre. Les charges opposées s'attirent. Si les deux particules sont chargées négativement, ou si les deux sont chargées positivement, la force qu'elles subissent sera éloignée l'une de l'autre.

Les charges se repoussent. Maintenant, rassemblons un tas de particules chargées négativement - des électrons. Nous les laisserons se mouvoir dans cette boule d'acier. L'acier est un conducteur, et l'excès d'électrons dont on le charge peut se déplacer librement et se placer où il veut. Chaque électron veut s'éloigner le plus possible des nombreux autres électrons.

Maintenant, la question est: où iront-ils? Avant de répondre à cette question, remplaçons les électrons par de petits bébés, dans un enclos circulaire. Chaque bébé porte une couche, qui a vraiment besoin d'être changée. Plus tu t'éloignes d'une couche, moins tu en ressens l'odeur. Ainsi, chaque bébé veut s'éloigner le plus possible de tous les autres bébés.

Où vont-ils? S'il y a deux bébés - ils vont aux côtés opposés de la barrière. Trois bébés? Quatre... cinq...

six bébés... Afin de s'éloigner le plus possible de tous les autres bébés, ils se retrouvent le long de la barrière. C'est pareil avec les électrons. Un excès d'électrons dans un conducteur se répandra uniformément sur la surface du conducteur. Aucun ne se trouvera à l'intérieur du conducteur.

Pourquoi? Facile. Si un électron tentait de se déplacer vers l'intérieur, vers le centre de la balle, il subirait une poussée plus forte - une force de répulsion accrue - de tous les électrons de l'autre côté de la balle. Les électrons se repoussent jusqu'à ce qu'ils s'éloignent le plus possible. À ce stade, les champs électriques de toutes les particules chargées s'équilibrent. Les électrons sont maintenant dans un état d'équilibre.

Si tu étais à l'intérieur de la sphère d'acier, tu ne ressentirais aucun champ électrique. Euh? Être à l'intérieur d'un conducteur chargé... Tu te demandes «quand est-ce que ça peut être utile?" Eh bien, si tu t'assois dans une boîte de métal et qu'un éclair frappe, que va-t-il se passer? Tu le sais déjà: Dans un conducteur, tout excès d'électrons se retrouvera qu'à la surface du conducteur. Ainsi, les charges électriques se déplaceront le long de la surface extérieure de la voiture, puis partiront au sol. Ça semble étrange, mais c'est vrai: tu peux rester à l'abri d'énormes charges électriques en étant à l'intérieur.

C'est ce qu'on appelle une cage de Faraday, d'après le scientifique britannique Michael Faraday. On dit qu'il a pu tout expliquer sur la fin des charges électriques ... ... sans se servir d'aucune couche sale.