الموصلات في حالة الاتزان الكهروستاتيكي – الرؤوس المدببة وقفص فاراداي والكرات الموصولة والعوازل

ماذا تعرض

في حالة الاتزان الكهروستاتيكي تتوقف الإلكترونات الحرة في الموصل عن الحركة، لذلك يكون المجال الكهربائي داخل الفلز صفرًا. تستقر أي شحنة زائدة أو مستحثة على السطح الخارجي، ويكون للموصل كله جهد واحد، ويكون المجال خارج السطح مباشرة عموديًا عليه بقيمة ⁦E = σ/ε₀⁩. تتكدس الشحنة حيث يكون انحناء السطح أشد، ولهذا تُصنع مانعات الصواعق مدببة. والموصل المجوف المغلق يحجب المجال عن تجويفه. وإذا وُصل موصلان بسلك تقاسما الشحنة حتى يتساوى جهداهما. وفي العازل تُضعف الشحنات المقيدة المجال إلى ⁦E₀/εᵣ⁩.

طريقة الاستخدام

في «موصل في مجال» اختر «شكل الموصل» واضبط «المجال الخارجي ⁦E₀⁩» و«الشحنة لكل متر من الطول ⁦λ⁩» ثم اضغط «دع الشحنات تتحرك» لترى المجال الداخلي يهبط إلى الصفر. اسحب المجس واضغط «تسجيل». في «كرتان موصولتان» اضبط نصفي القطرين والشحنتين الابتدائيتين ثم اضغط «وصل». في «لوح عازل» غيّر «السماحية النسبية ⁦εᵣ⁩» أو اختر «فلز».

المعاملات القابلة للتغيير

• الشاشة موصل في مجال, كرتان موصولتان, لوح عازل
• شكل الموصل مستدير, كمثرى (رأس مدبب), قضيب, صندوق مجوف
• المجال الخارجي ⁦E₀⁩ 0–5000 ⁦V/m⁩
• شحنة الموصل لكل متر من الطول ⁦λ⁩ -30–30 ⁦nC/m⁩
• خطوط المجال
• خطوط تساوي الجهد
• نصف قطر الكرة 1 ⁦r₁⁩ 1–10 ⁦cm⁩
• نصف قطر الكرة 2 ⁦r₂⁩ 1–10 ⁦cm⁩
• الشحنة الابتدائية ⁦q₁⁩ -20–20 ⁦nC⁩
• الشحنة الابتدائية ⁦q₂⁩ -20–20 ⁦nC⁩
• اللوح بين اللوحين الموصلين عازل, فلز
• السماحية النسبية ⁦εᵣ⁩ 1–10

أسئلة للاستكشاف

1. لماذا يكون المجال الكهربائي داخل الفلز صفرًا بعد أن تتوقف شحناته عن الحركة؟
2. لماذا تتجمع شحنة كبيرة عند رأس مانعة الصواعق المدبب؟
3. بعد وصل كرتين، أيهما كثافتها السطحية للشحنة أكبر، ولماذا؟