Fördelning av laddning på ytan av en ledare

Vad har att sitta i en bil när blixten slår ner, gemensamt med ett gäng bäbisar i bajsiga blöjor? Jo, båda hjälper dig att förklara vart elektriska laddningar tar vägen -- när de kan välja. Elektrisk laddning, som du säkert vet, finns i två varianter: positiv och negativ. En elektron är en partikel med negativ laddning, och en proton är en partikel med positiv laddning. Alla saker, alla objekt, som är elektriskt laddade, skapar ett elektriskt fält runt omkring sig.

Ett elektriskt fält är lite som ett magnetfält. De här två typerna av fält har faktiskt med varandra att göra, men de är inte samma sak. Det elektriska fält som skapas av ett laddat objekt, sprids ut i alla riktningar. Det är starkast nära det laddade objektet, och blir svagare ju längre bort ifrån den man kommer. När vi ritar ett elektriskt fält som omger nånting som är positivt laddat, så visar vi det med pilar som pekar bort från den laddade materian.

Ett elektriskt fält som omger ett negativt laddat objekt, ritas så det pekar in mot den laddade materian. När ett laddat objekt kommer in i något annat objekts elektriska fält, upplever båda objekten en kraft. Om en partikel är positivt laddad och en är negativt, så kommer partiklarna att uppleva en kraft mot varandra. Motsatta laddningar attraherar. Om båda partiklarna är negativt laddade, eller, om båda är positivt laddade, så kommer de uppleva en kraft ifrån varandra.

Lika krafter repellerar. Nu samlar vi ihop ett gäng med negativt laddade partiklar -- elektroner. Vi släpper lös dem i den här bollen -- av stål. Stål är en ledare, så de här extra elektronerna som vi laddar den med kan röra sig fritt och placera sig var de vill. Varje elektron vill vara så långt bort den kan från de andra extra elektronerna.

Så nu är frågan: Vart kommer de ta vägen? Innan vi svarar på den frågan, så skall vi byta ut elektronerna mot små bäbisar, i en rund hage. Varje bäbis har en blöja på sig, som verkligen behöver bytas. Ju längre bort man kommer från en blöja desto mindre upplever man stanken från den. Så varje bäbis vill komma så långt bort som möjligt från alla andra bäbisar.

Vart tar de vägen? Om det är två bäbisar - så går de till var sin sida av hagen. Tre bäbisar? Fyra…fem… sex bäbsiar… För att komma så långt bort som möjligt från alla andra bäbisar hamnar de utmed staketet. Och det är precis samma sak med elektronerna.

Ett gäng med extra elektroner i en ledare sprider ut sig jämnt på ledarens yta. Inte enda en kommer dyka upp inuti ledaren. Varför? Enkelt. Om en elektron skulle försöka ta sig inåt mot mitten på bollen, skulle den uppleva starkare knuffar -- ökad repellerande kraft -- från alla elektronerna på andra sidan om bollen.

Elektronerna repellerar varandra tills de är så långt ifrån varandra de kan. I det här läget, tar det elektriska fältet från alla laddade partiklar ut varandra. Elektronerna befinner sig i jämvikt. Om du skulle befinna dig inne i stålsfären, skulle du inte uppleva något elektriskt fält alls. Va?

Befinna sig inne i en laddad ledare ... När skulle det nånsin vara användbart, undrar du? Jo, om du sitter inne i en låda av metall, och så slår blixten ner, vad händer då? Du vet det redan: I en ledare, kommer de extra elektronerna bara att finnas på ledarens yta. Så den elektriska laddningen rör sig utmed utsidan på bilen, och hoppar sen ner i marken.

Det låter märkligt, med det är sant: Du sitter i säkerhet för en jättemassa elektrisk laddning, genom att vara innanför dem. Det här kallas för en Faraday-bur, efter den brittiska forskaren Michael Faraday. Och faktiskt - det sägs att han kunde förklara det här med vart elektriska laddningar tar vägen … … utan att blanda in några bajsblöjor alls!