Elektromos töltések, térerősség, potenciál a vezetőn

M indkét o ldalán papirlov<Lsokat tiulalm azó. szige- lelőnyéllel ellátott fém hálót töltsünk fel szalagge* nercítorról! H a a hálót m eghajlítjuk, a papírlovasok csiík a dom ború oldalon jelez n ek töltési. A belső, h om orú oldalon viszont nem térnek ki. H a a hálót áthnjlítjuk úgy. hogy a külső és belső o ld al felcse­ rélődjön. ism ét csak a külső oldalon tapas-ztalunk feltöltődést.

A z eg y n em ű töltések a köztük fellépő taszító h a­ tás m iatt a lehető legnagyobb m értékben eltáv o ­ lodnak eg yim stó l. A v eze tő re v itt tö b b icttö ltcs* m in d ig a v e z e tő kiíIscT fe lü le te n h e ly e /k e d ik el, o tt is m inél táv olab b a többi tö ltéstől. Ezért a csiícs(»kon naj^vobb a tö lté s s ű n ls é g ’*^.

A vezető belsejében lé v ő elektrom os m ező el- iiK>zdítja a töltéseket. A m iko r m ár beállt a töltések nyugalm i állapota, vagyis s z ta tik u s clektn>m os á lla p o tb a n ’^ a vezető b elsejéb en a té re rő sség zé­ ru s . H a ekkor a \ ezető belsejéből kiem elnénk egy darabot, az ilyen sem leges rész (hiszen a többlet- töltés a felületen van) eltáv olítása sem m it sem változtatna nz addigi elek tro m o s m ezőn. Ebből következik, hogy a térerősség a vezetőben talál­ ható üregben is zérus lesz. M ásképpen úgy is fo ­ galm azhatunk. hogy a v e z e tő fe lü le te k k e l h a tá - n>lt té rré s z e k e le k tro m o s a n á rn y é k o lta k * .

H a a vezető felü letén a térerősségvektom ak lenne a felülettel p<írhuz<mios összetevője, akkor a felület m entén m ég eim ozdu lnának a töltések, hiszen érin tő irányú erő h atn a rájuk. Ezért szta­ tikus állapotban a vezető környezetében a z erő - vm ialak csak a vezető leliiletére m enHegcs hely­ ze tű e k le h e tn e k .

Ahol a térerősség zérus vagy m erőleges az el- nK>zdulás in'myíira. ott az elm ozduló próbatöltésen nem végez m unkát az elektrom os mező. N y u g al­ m i e le k tro m o s á lla p o tb a n a vezető p o n tja i kö* zcitt te h á t n in c se n feszü ltség . (A vezető pontjai azonos potenciálúak: ekvipotenciálisak**.)

A gyakorlatban különösen érdekes a nem foly­ tonos fém felU leteknek, fém h áló kn ak a belső tér­ részre g y ak o ro lt e le k tro m o s árn y ék o ló hatása. A z ilyen fém bu rk olatok at felfedezőjükről F a r a - d a v - k a litk á n a k * n ev ezték el.

83.1. M itö! véili a fén in ics a g<i:palackok<ii?

Far:iday*kali(kH például a g épkocsik fémkiirosszé* ríája. Hu a z autót villám csapás éri. a b en n e ülők se m m ily e n e le k tro m o s h atást n em é rz é k e ln e k . A fö ld b e lefutó villám persze k iégetheti a k erekek g u m ik ö p en y ét, és e z o kozhat balesetet. A z álló gép k o csi azonban teljesen biztonságos hely ziv a­ taro s időben. Ilyenkor azonban célszerű a m otort leállítani, m ert a kipufogógííz ionfelhőt. ioncsator­ nát h o z létre, juiii „v onzza" a villám okat.

U gyanígy védi a villám csapiístól a z utasokat a repülő g ép fém burkolata, vagy a gázpaluckokat. robixm óanyagokat a fém rácsból készüli t:irolóh<tz.

A különböző elektronikus berendezéseket és ez e k összekötő vezetékeit is gyakran tö m ö r vagy hák>szerű fémbur1;ohmal <ímyékolJilk a külső elekt­ ro m o s Zíivarokkal szem ben.

A z em beri te st is vezető, é s sz a la g g en eráto rra l v eszély nélkül feltölthető. Á lljunk sz ig e te lő z sá ­ m olyra. é s helyezzük tenyerünket a g en e ráto r még sem leg e s elektródájára. Ezután indítsuk g en e­ ráto r m otoiját. A lágy é s sz<íraz haj vagy a zselézett haj fokozatosam égnek áll! A belső szerveket nem éri k á ro s hatás, hiszen o tt nincs e lek tro m o s m ező. R uh;inkról viszont ugorhat ki szikra a k özeli tiír- g y a k ra vagy tanulókra. (E z sem veszélyes, csak -I kis csípést okoz.)

r

... i

-— csócsos vezető

K3 J . M ié n f ú j a szél <iz ciekinnnos csúcstik felöl?

U g y a n c s a k é rd e k e s m e g n y ilv á n u lá s a i é s fontos g yakorlati alkHliiiuzásai vannak a z elek t­ rom osan feltöltött vagy m eg oszto tt vezetők csú ­ c sa in á l fe llé p ő e l e k tr o m o s c s ú c s h a tá s n a k * . E nnek lényege, hogy a n ag y töltéssű rű ség erős in h o m o g é n e le k tr o m o s m e z ő t e re d m é n y e z a c s ú c s k ö z e lé b e n . E z a m e z ő p o la riz á lja é s a csú csho z m ozgatja a lev egő m olekuláit. A m o­ lekulák a csúccsal érin tk ezv e feltöltődnek. m ajd a c s ú c s n a g y s e b e s s é g g e l e lta s z ítja a z o k a t. A z elektrom os csúcsok k ö zeléb en teh át a leve­ g ő vezetőként viselkedik.

T öltsünk fel hegyes csúccsal rendelkező fém testet szíilaggenerátorral. A c sú c s a közelébe vitt gyertya liíngját „elfújja” . A z ezt o k o z ó elektrom os szelet a csúcsnál feltöltődött és onnan nagy sebességgel elitram ló levegőm olekulák keltik.

A vezetőből k ész ü lt, csúcsokkal rendelkező S egner*kerék** fo ro g n i kezd. h a töltést viszünk rá. A kerekei a csú c s á ltal k eltett elek tro m o s szél ellen ereje hajtja. A miSködés e lv e h aso n ló a z ö n ­ tö z ő b e re n d e z é s e k n é l lá th a tó v ízi S e g n e r-k e - ré k h e z . a m e ly S e g n e r J á n o s * * (e jtsd : zégner. 17<>+-1777) m agyar fiz ik u s egyik neves találm á­ n y a ( 1750).

geoerátoiiioz

X4.1. A feltöltött gépsztjat csúcshaláv útján semlegesítik A v illá m h á ríló is csúcsban végződik. A csúcs- hatiis elősegíti az elektrom os felhő és a föld közölt a tö lté s kiegyenlítődését. (L ásd 67.1 á b ra .)

A szíjáttétellel m eghajtott gépeknél <t szoros érin tk ezés m iatt a gépszíj feltöltődik. AIk>I a szét- v álasztott töltések közötti esetleges sziknikisülés robbanásveszélyt jelen t, n ild c lt fcm fcsíív cl szív­ ju k le H tö llc sc k e l.

Á tlátsző m űanyag hen g er átfúrt alap lap jáb a szereljünk fém csúcsot. Engedjünk a sz^tjával lefelé fordított hengerbe füstöt, m ajd helyezzük a hengert fém lapra. H a a fém csücsot é s a fém lapot sz^ilag* gérteráiőrral elléhiétes előjelűid kezdjük feliölterti. a fü st p illa n atszerű en lecsap ó d ik . A h en g erb en tiszia. átlátható levegő nianid.

A k ís é rle t a z c le k tr o s /.ta lik iis I c g tí s / l í l ó l m odellezi, ahol a légszennyező részecskék csúcs- h utással feltöltődnek, m ajd az ellen tétes tö ltésű falon kicsapódnak.

fémlap

Lényeges szerepe v an a csúcshatlsnak az isko­ lai elektrosztatikai kísérletekben használt K/ulag- g c iic r á to r m ű k ö d v sc n c l is.

A 84.3. á b rá n M-val je lö lt m űanyag hengert és a ráfeszü lő g u m iszalag o i villan y m o to r hajtja m eg. Szoros érintkezés folym nán a henger pozitív, a gum isziilag belső fe le negatív töltésűvé válik. A tovahaladó szalag a neg atív töltéseket elszállít- jiu azok nagy felületen oszhuiak szét. A z ugyanak­

kora pozitív töltés viszont koncentráltan az A h en ­ geren m arad. így e z a p o zitív töltés m egosztó h a­ tást gyiikorol a földelt féinfésűre. é s csúcshatás út­ já n a Földből negatív töltéseket szív a szalag kül ­ ső felületére. E zeket a negatív töltéseket a fém* szalug u felső, ^ j e l z é s ű hengerhez szúllítju. uhol egy m ásik fcm fésűn keresztül, ism ét csúcshatás fonnájában. kijutnak a z üreges C’je lz é sű e lek tró ­ da k ülső felületére. E gyes szalaggenerátoroknál az A helyett a B hen g er készü lt m űanyagból, és ez válik p o z itív tö lté s ű v é . Itt a z e le k tro n o k ú tja fordított: a C elektródáról haladnak a fold felé.

A sza la g g en eráto r é s a F öld k ö zö tt 100 kV nagyságrendű fe szü ltsé g hozható létre. H asonló elv en m űk ö d ik a fe lfe d e z ő jé rő l Van d e (íra a f- generátornak nevezett b erendezés, am ellyel m ég n a g y o b b fe sz ü ltsé g e t á llíta n a k e lő e le k tro m o s töltésű részecskék felg y o rsítása céljából.

/C e e e e e e p

©

©

©

_L

X4.2. C>«úcsliatással történő elektrosztatikus légtisziítás kísérleti megvalósítása

A szalaggenerátor csúcshalások segítségével a föld­ ből a ('elek tró d ára szállítja a negatív töltéseket

j g i

1. E g y vezeíővel körülvett té n é sz b e n csíik zéru s lehet a térerősség?

2. H ogyan lehet szigetelőnyélen lévő elek tro m o s töltésű fém golyó teljes töltését átadni egy üreges vezetőnek?

3. M ié n áll égnek a hajunk, ha elektrom osiin feltöltődünk? {S3.2 ábra)

4. M in den gépji'uiiiű védelm et biztosít a villám - c sa p á s ellen?

5. M iért nagyobb először az elektrom osan feltöl­ tö tt fém csúcsoknak a levegő m olekuláira g y a­ k o ro lt vonzóereje, azután pedig a taszílóere- je-

6. M ű ködne-e légüres térben

(I) a z elektroszkóp? (Ó5.2 ábra)

b) a z elektrom os S egner-kerék? (83.2 ábra)

7. El k e ll-e szigetelni a vilhím hiírítót <iz ép ü let­ tő l? ( 6 7 ./ ábra)

8. H o g y an m agyarázható, hogy k ü lönösen z i­ v ataro s időben a sz^ibadban lévő v ezető an y a­ g o k csú csainál időnként fén y je len ség ek fi­ gy elhetők m eg (Sí. E lm o tüze)?

r

1. R ag asszunk vagy kössünk ,Jiázi” elektroszkópunk fém testéhez gom bostűt! Figyeljük meg, hogy így az elektroszkóp nehezebben tö lth e tő fel. é s gyorsabban elveszíti töltését!

X5.1. Döraselektron>os gépek eleklrnsztaliku'i kísérletekhez. Van de <»niaf-féle szalaggenerátor (balra), és Witnhursi- féle influenciagép (jobbra)