Новый Эталон Килограмма
может в ближайшее время заменить устаревший платиново-иридиевый... »»»
Солнце Становится Ближе
получены изображения высокого разрешения Солнца с космической обсерватории Solar Dynamics Observatory... »»»
Человек "Искрививший" Время
биография Альберта Эйнштейна - величайшего физика создавшего "Общую теорию относительности"... »»»
Что за Очки у Будущего?
история создания, развития и будущее популярного оптического прибора... »»»
Практическое применение знания того, что внутри «закрытого» полого проводника отсутствует какой-либо заряд, может возникнуть, если, на пример, водитель крана случайно касается проходящего над ним электропровода.
Он будет находиться в полной безопасности внутри металлической кабины, если не будет пытаться из нее выйти, пока внешняя ее часть не будет разряжена или не обесточена сеть. Пассажиры самолета находятся в безопасности, когда в него ударяет молния, потому что заряд проводится вокруг внешней части фюзеляжа в низлежащую атмосферу. Были проделаны опыты, в ходе которых к крыше автомобиля, проезжающего мимо высоковольтного генератора, прилагался потенциал 1 млн. В. Несмотря на громадный заряд между генератором и автомобилем, водитель мог повторно продемонстрировать опыт без какого-либо ущерба и для себя, и для автомобиля. Эти эксперименты показывают, что заряд располагается на внешней поверхности проводника.
Примечание.
Это относится в равной степени и к полым, и к монолитным проводникам, и, конечно, к изоляторам.
Если некоторый отрицательный заряд помещен на металлическую сферу, находящуюся на изолирующей подставке, как на рисунке 1, а, то отрицательные заряды взаимооттал- киваются и перемещаются через металл. Электроны распределяются, пока каждая точка на сфере не поднимается до одинакового отрицательного потенциала; перераспределение заряда затем прекращается. Все точки заряженной сферы должны иметь одинаковый потенциал, поскольку если бы этого не произошло, то между различными точками на проводнике должна была бы существовать разность потенциалов. Это бы вызывало движение зарядов, до тех пор покуда потенциалы не уравнялись бы. Заряженный проводник вне зависимости от его формы должен, таким образом, иметь одинаковый потенциал во всех точках как на, так и внутри его поверхности. Проводник цилиндрической формы на рисунке 1, б имеет постоянный положительный потенциал во всех точках его поверхности. Точно так же отрицательно заряженный проводник грушевидной формы на рисунке 1, в имеет постоянный отрицательный потенциал но всей его поверхности. Итак, заряд распределяется таким образом, что потенциал является однородным по всему проводнику. На телах правильной формы, такой, как сфера, распределение заряда будет равномерным или однородным. На телах же неправильной формы, таких, какие показаны на рисунке 1, б и в, нет равномерного распределения заряда по их поверхности. Заряд, который накапливается в любой данной точке на поверхности, зависит от кривизны поверхности в этой точке. Чем больше кривизна, т. е. чем меньше радиус, тем больше заряд. Таким образом, большая концентрация заряда присутствует на «заостренном» конце грушеобразного проводника, чтобы поддерживать во всех точках поверхности одинаковый потенциал.
Подобные же эксперименты могут быть проведены для проверки распределения заряда по поверхностям проводников различной формы. Вы должны обнаружить, что заряженная сфера имеет однородное распределение заряда по своей поверхности.
Если вы присоедините тонко заостренный проводник к высоковольтной электропередаче, т. е. вставите его в свод генератора Ван-де-Граафа, то вы сможете ощутить «электрический ветер», держа руку в нескольких сантиметрах от заостренного конца проводника, как на рисунке 2, а. Высокая концентрация положительного заряда на острие проводника будет притягивать отрицательные заряды (электроны) до тех пор, пока заряд не нейтрализуется. В то же время положительные ионы в воздухе отталкиваются положительным зарядом на острие. Среди молекул воздуха в комнате всегда присутствуют положительные ионы (молекулы газов, из которых состоит воздух, потерявшие один-два электрона) и некоторое число отрицательных ионов («потерянные» электроны). На рисунке 2, б показано движение заряда в воздухе, т. е. положительно заряженные ионы, отталкиваемые от положительно заряженного острого проводника, и отрицательно заряженные ионы, притягиваемые к нему. Притяжение отрицательных зарядов (электронов) к положительно заряженному острию нейтрализует положительные заряды на острие и, следовательно, понижает его положительный потенциал. Таким образом, заряженный проводник разряжается путем, известным как разряд — стекание заряда с острия. Положительные заряды, которые устремляются прочь от точечного проводника,— это положительные ионы (почти молекулы воздуха), и именно это создает движение воздуха, или «ветер».
Примечание.
Этот процесс непрерывен, потому что к куполу генератора Ван-де-Граафа постоянно добавляется заряд от генератора. Это объяснение показывает, что заостренный проводник очень хорошо подходит для собирания заряда, так же как и для поддержания большой концентрации заряда.
Громоотвод
Важным применением стекания заряда с острия является громоотвод. Движение облаков в атмосфере может образовывать на облаке громадный статический заряд. Это возрастание заряда может быть столь велико, что разность потенциалов между облаком и землей (нулевым потенциалом) становится достаточно большой для того, чтобы преодолеть изолирующие свойства воздуха. Когда это происходит, то воздух становится проводящим и заряд течет к земле в виде вспышки молнии, ударяя в ближайшие или наиболее высокие здания или же в присутствующие объекты, т. е. заряд выбирает кратчайший путь к земле. Никогда не укрывайтесь под деревьями во время грозы: молния может ударить в дерево и ранить или убить вас, когда она устремляется вниз по дереву к земле. Лучше всего стать на колени на открытом месте, как можно ниже опустив голову и положив руки на колени, направив их пальцами к земле. Если молния и ударит в вас, то она должна ударить в ваши плечи, пройти вниз по вашим рукам и из ваших пальцев в землю. Таким образом, это положение защищает вашу голову и жизненно важные органы, такие, как сердце.
Если вспышка молнии ударила бы в здание, то мог бы быть нанесен большой ущерб. Громоотвод же может предохранить здание от этого. Громоотвод состоит из некоторого числа заостренных проводников, укрепленных на высокой точке здания и соединенных с толстой медной проволокой, которая проходит по одной из стен вниз и оканчивается на металлической пластине, закопанной в земле. Когда положительно заряженное облако проходит над зданием, происходит разделение равных и противоположных по знаку зарядов в медной проволоке при высокой концентрации отрицательных зарядов на остриях проводников и положительном заряде, который стремится аккумулироваться на металлической пластине. Земля, однако, имеет громадный запас отрицательного заряда, и поэтому, как только образуется положительный заряд на пластине, он немедленно нейтрализуется отрицательными зарядами (электронами), исходящими из земли. Электроны также притягиваются из земли вверх к заостренным концам проводника под воздействием положительного потенциала на облаке. На остриях может сконцентрироваться очень высокий электрический заряд, и это способствует уменьшению положительного потенциала облака, тем самым уменьшая для него возможность преодолеть изолирующие свойства воздуха. Заряженные ионы воздуха также движутся в «электрическом ветре»; отрицательные заряды (электроны) отталкиваются остриями и притягиваются облаком, также помогая понизить положительный его потенциал, т. е. разрядить облако. Положительные ионы воздуха притягиваются положительно заряженными заостренными проводниками, но громадные запасы отрицательного заряда в земле могут предоставить неограниченный отрицательный заряд остриям, чтобы нейтрализовать их. Если молния и ударит в проводник, то она пошлет свой электрический заряд через проводник и «безопасно» в землю.
