|
|
Page:44
3 . 4 השדה בסביבת מוליך טעון ובתוכו מחוק גאוס נובעות מסקנות חשובות ביחס לשדה החשמלי של מוליך טעון . חשוב על גוף בעל צורה שרירותית העשוי מחומר מוליך , והמבודד מסביבתו ( כלומר הוא אינו נוגע בגופים מוליכים אחרים . ( נניח כי בהתחלה הגוף הזה ניטרלי מבחינה חשמלית . ברגע מסוים טוענים אותו , כלומר מניחים על הגוף , בנקודה כלשהי , מטען . q אילו היה מדובר במבדד , המטען היה נשאר במקום שבו הונח . מכיוון שזהו מוליך , והמטען יכול לנוע בו באופן חופשי , כוחות הדחייה החשמליים יגרמו לכך שהמטען שהנחנו יתפזר בגוף . הניסיון מלמד כי לאחר זמן מסוים המטען מפסיק לנוע , כלומר נוצרת התפלגות יציבה של מטען , שאינה משתנה עם הזמן . אנו מתייחסים למטען , בין שהוא חיובי ובין שהוא שלילי , כאל משהו רציף , דמוי נוזל , היכול להתחלק בלי גבול . זהו מודל אידיאלי . במציאות המצב , כידוע , שונה . אנו יודעים כי מוליך מתכתי שונה מחומר מבדד בכך שבמוליך יש מספר רב של אלקטרונים חופשיים , הנושאים מטען שלילי . כנגדם יש יונים חיוביים הקבועים במקומם . במוליך ניטרלי המטען הכולל של האלקטרונים החופשיים שווה למטען הכולל של היונים החיוביים . במוליך טעון יש עודף או חוסר של אלקטרונים . לפיכך , המורל האידיאלי שלנו שונה מהמציאות בשני פרטים : . 1 כאשר טוענים מוליך במטען חיובי , בעצם לא מניחים עליו מטען חיובי מבחוץ אלא מסלקים ממנו אלקטרונים . . 2 המטען החשמלי אינו יכול להתחלק בלי גבול , שהרי יש כמות מינימלית של מטען , השווה בגודלה לגודל מטען האלקטרון . אולם הבדלים אלה בין המודל למציאות אינם צריכים להטריד אותנו , משום שלסילוק אלקטרונים ממוליך יש בדיוק אותה השפעה כמו לטעינתו במטען חיובי , ומשום שמטען האלקטרון הוא כה קטן ( יחסית למטענים שבהם אנו עשויים להתקל בניסוי מעין זה ) שבדרך כלל אפשר להתייחס למטען החשמלי של גוף כאל משתנה רציף ולא בדיד . מה נוכל לומר על ההתפלגות היציבה של המטען במוליך הטעון ? נקודה חשובה שיש לזכור אותה בהמשך הדיון היא הנקודה הבאה . מספר האלקטרונים החופשיים ליחידת נפח במוליך מצוי , הוא רב מאוד . בנחושת , למשל , יש בכל סנטימטר מעוקב כ 10 אלקטרונים חופשיים , שמטענם הכולל גדול מאוד ( כ 170 קולון . ( כתנאים רגילים רק חלק קטן מהאלקטרונים הללו משנים את היערכותם בעקבות טעינת המוליך , בעוד האחרים ממשיכים להיות מפוזרים בכל נפח המוליך בצפיפות אחידה . איור : 3 . 13 משטח גאוס המסייע לנו לחשב את השדה של מישור טעון , אינסופי , הוא תיבה ששני בסיסיה נמצאים במרחקים שווים משני עברי המישור .
|
|