尖端放电的起因及应用
第7卷
中 专 物 理 教 学
图53 =33
xEx-rB±(xarA
收稿日期:1998211216
=
33x-a(33)rB±rA
3
3
(7)
我们研究两个同号等量电荷的情况,(7)
式中最后括号部分为(33)1这样,当y=0rB±rA
时,=∞,即y轴亦为电场线,X轴与Y轴
dx
尖端放电的起因及应用
赵剑涛
(河南省化工学校 郑州 450042)
相交于原点,而电场线在没有电荷处是不能相交的1否则该处的电场线是不确定的1因此尖端放电,做为静电的一个重要现象,学该处的电场强度只能是为零的点,即Ey=0,生对此有着很大的兴趣,电荷为什么总是集聚
为不定值1还可以看在导体的尖端?尖端放电是怎样发生的?每次Ex=0,才允许=
dxEx
遇到这样的问题,过去总是以“理论可以证明”到,当rA及rB很大时,即rA≈rB〉〉2a,则有
dx给以解释,其实,我们理应对此给出更具体更
满意的说明1=,这就是说在距原点较远的地方,电场线x1 电荷为什么集聚在导体的尖端?的渐近线是发自该点的辐射线1这意味着距对于一个带电的尖状导体P(如图1),由离O点较远的地方,有两个距离很近的等量静电平衡条件知的表面是一个等势面1电
P
同号电荷的作用,相当于在O点有合并到一荷只分布于的表面1
P
起的二倍的电荷1实验得知,的两
电场线的性质在无电荷处是不能中断的1在等量正电荷连线与其中垂线的交点O处有两条反向的电场线和两条相向的电场线,电场线变得不确定了1O点是电场线在无电荷处不连续的点,属于电场的一种奇点,可否将电场线不能通过奇点当成一个特殊条件,对电场线性质给一个补充1・22・
P
+
端A、B,其电荷分布的密度是不一样的1尖端B的电荷密度ΡB大于
+
++
A+B
图1
光滑的粗端A的电荷密度ΡA,即ΡB>ΡA1
为什么会这样呢?
对于带电的尖长导体来说,我们可以把它
尖端放电的起因及应用第1期
抽象为一个简单模型(如图2)1把光滑的粗端用半径很大的导体球代替,把尖端用半径A’
很小的导体球B’代替;
的作用下,空气中残留的离子会发生激烈的运
+
+’BA’量的新离子,这就使空气更易于导电,使空气
图2进一步电离,这就是尖端放电现象1
在放电过程中,与尖端导体上电荷异号的、之间用一无限长的导线连接,以实现电A’B’
荷的转移,因其间用无限长的导线连接,二球离子受到吸引而趋向尖端,最后与尖端上的电均可视为孤立导体,设A’球的半径为RA,面荷中和1如果不断地给导体充电,就可使尖端电荷密度为ΡA;B’球半径为RB,面电荷密度持续放电1
3为ΡB1
+
由静电学知识可知,二球电势(取无穷远
1Υ∞=0)分别为
,由于静电感应A使地面上的物体带异号电荷,这样电荷比较集Εoo
知中地分布在突出(尖端)的物体(如高大的建筑AΥB物,大树)上,当电荷聚积到一定程度,就会在
云层和这些突出的物体之间发生强大的火花故 =
ΕΕoo
放电,这就是雷击现象1为避免雷击,可在建
(1)筑物上安装尖端导体——避雷针,并用粗铜线即 =
ΡBRA
将避雷针接地1当云层接近时,放电就通过避因RA〉〉RB,故:
(2)雷针这个最易于导电的通路局部持续不断地〉ΡB〉ΡA
缓慢地放电,以免损坏建筑物1
由此可见,尖端的电荷密度Ρ远大于光滑
尖端放电也有危害的一面1高压输电线的粗端的电荷密度,也就是说,孤立导体的电
附近的离子与空气碰撞会使空气分子电离而荷聚集在尖端1
2 尖端放电
211导体表面的电荷密度Ρ与表面附近的场
导电,这种放电浪费了很多电能,为此高压输电线应做得极其光滑,其半径也不能过小1
收稿日期:1998210223
强的大小之间的关系1
仍就形状规则的球形导体来说明1
设球形导体的面电荷密度为Ρ,半径为
2
R,球面带电量为Q=4ΠRΡ,因其场的分布为全对称,故其在空间产生的场相当于带同样电量Q的位于球心的点电荷在空间产生的场,从而球面附近的电场强度E的大小为:
2
E=2=2=Ε4ΠΕ4ΠΕooRoR
示意图是解物
理题的重要方法
刘 英
(武汉市第二轻工业学校 430080)
(3)
即E与Ρ成正比1212尖端放电现象
分重视在整个教学过程中,培养学生良好的解
这会导致一个重要的结果,在尖端附近强电场题思维习惯,提高学生解题能力1本文谈谈画
・23・
由上述(2)和(3)知EA>EB
由此可知,导体尖端附近的电场特别强,
作为物理教师,除了传授知识外,还应充