Rozkład ładunku na powierzchni przewodnika: przykłady

Pamiętasz naszą stalową kulę? Przewodnik kulisty ... naładowany nadmiarowymi elektronami. Elektrony te rozkładały się równomiernie na całej powierzchni przewodnika. Teraz zmienimy kształt przewodnika, o tak, na bardziej jajowaty.

Co się stanie z naładowanymi cząsteczkami? Czy będą się przemieszczały? Cóż, trochę się stłoczyły na węższym końcu... Aby wyraźniej to zobaczyć, spłaszczymy kulę jeszcze bardziej. Hmmm.

Jeszcze bardziej się tłoczą. Wygląda na to, że pojawia nam się tu reguła: im bardziej spiczasty jest przewodnik, tym bardziej zagęszczone będzie skupisko elektronów. Przyjrzyjmy się temu dokładniej w przekroju poprzecznym, żeby sprawdzić, co się dzieje. Najpierw spójrz tutaj, na tę część powierzchni, która nie jest tak spiczasta. Mamy tu elektron, który nie może poruszać się ku wewnątrzu przewodnika, ponieważ jest odpychany przez elektrony po przeciwnej stronie.

Nie może też przemieścić się na na zewnątrz, bo powietrze jest izolatorem. Jeśli ten elektron ma się w ogóle poruszać, będzie musiał robić to na powierzchni przewodnika. Ale tam znajdują się elektrony, które też chcą być na powierzchni i które odpychają się wzajemnie, tak jak tylko mogą, żeby znaleźć się od siebie jak najdalej. Zwróć uwagę, że kierunek siły odpychania układa się wzdłuż powierzchni przewodnika. Teraz przejdźmy tutaj i porównajmy sytuację tego elektronu.

Ten elektron również może poruszać się tylko po powierzchni przewodnika. Tutaj jednak, w bardziej zagiętej części przewodnika, sytuacja jest inna: Ponieważ... zwróć uwagę, gdzie są pozostałe elektrony, te, które najbardziej odpychają nasz elektron. Znajdują się one tak jakby pod naszym elektronem, względem powierzchni, więc ich siła odpychania jest skierowana na zewnątrz od przewodnika, w stronę, w którą nasz elektron nie może się przemieścić. A jeśli część siły jest skierowana na zewnątrz, mniej siły rozchodzi się na boki, w stronę pozostałych elektronów.

Dlatego tutaj, w zagiętej części przewodnika, elektrony mniej na siebie naciskają a większy nacisk wywierają na zewnętrzną ścianę. Dlatego też więcej elektronów może zgromadzić się tutaj obok siebie. Oczywiście naszemu elektronowi jest tu bardzo niewygodnie, bo bardzo jest przyciśnięty do ścianki. Szczerze mówiąc jest to tak niewygodne, że możemy to nawet zmierzyć. Jeśli zmierzymy pole elektryczne wokół przewodnika, zobaczymy, że jest ono silniejsze dokładnie w tym miejscu, gdzie elektrony są tak silnie odpychane i przyciskane do zewnętrznej ścianki.

Tam gdzie przewodnik jest zagięty lub ma wybrzuszenie, lub też jest spiczasty, tam będzie większe skupisko naładowanych cząsteczek i tam też pole elektryczne będzie najsilniejsze. Możecie to sprawdzić sami. Jeśli naładujecie przewodnik elektrycznością statyczną, zauważycie, że dużo łatwiej jest rozładować go przez powietrze z ostro zakończonego punktu niż z płaskiego miejsca.