CCI20111111052

4.2. Potencjał pola elektrycznego. Elektron w polu elektrycznym

Jeżeli do punktu M równomiernego pola elektrycznego zostanie wprowadzony ładunek elektryczny o bardzo małej wartości Q, to pod wpływem siły F ładunek ten zostanie wprawiony w ruch i przypuśćmy, że się przesunie do punktu N (rys. 4-2) odległego o l od punktu M. Przy tym przesunięciu zostanie wykonana praca

A = FI

Stosunek tej pracy do wartości ładunku Q nazywamy napięciem, elektrycznym, czyli różnicą potencjałów pomiędzy punktami M i N

FI

= U = V_M-V_N

gdzie. V_M — oznacza potencjał w punkcie M pola,

V_N — potencjał w punkcie N.

F _

4®-^---<S>    Rys. 4-2. Ruch ładunku elektrycznego

.......i--w równomiernym polu elektrycznym

Potencjał elektryczny w dowolnym punkcie pola elektrycznego charakteryzuje więc stan energetyczny tego punktu pola. Potencjałem elektrycznym V_M w danym punkcie pola nazywamy stosunek pracy energii) A ^ , jaką należy wykonać, aby przesunąć ładunek Q z danego punktu M pola poza obręb tego pola (teoretycznie do punktu nieskończenie odległego) do wartości Q tego ładunku, czyli

Wartości bezwzględnej potencjału zasadniczo określić nie możemy. Możemy jedynie wyznaczyć różnicę potencjałów dwóch punktów pola, albo też przyjmując np. potencjał ziemi równy zeru — określić potencjały poszczególnych punktów pola względem ziemi.

Siły pola, a tym samym i natężenia pola, mają zwrot w kierunku malejących wartości potencjału.

Przypuśćmy, że do równomiernego pola elektrycznego został wprowadzony elektron i znajduje się na powierzchni płyty ujemnej (rys. 4-1).

Pod wpływem pola elektrycznego na elektron zacznie działać siła F — E Q_e, przy czym E jest natężeniem pola, Q_e — ładunkiem elektronu. Pod działaniem tej stałej siły elektron uzyska przyspieszenie i będzie się poruszał ruchem przyspieszonym wzdłuż linii pola, a w rozpatrywanym przykładzie wzdłuż prostej w kierunku do płyty dodatniej. (Ruch elektronu w równomiernym polu elektrycznym można porównać do swobodnego spadku ciała wskutek przyciągania ziemskiego).

W czasie ruchu prędkość elektronu wzrasta i przy zetknięciu z płytą dodatnią osiąga wartość największą, której odpowiada największa wartość energii kinetycznej elektronu.

Energię elektronu mierzy się elektronowoltami. 1 elektrono-wolt (eV) jest energią elektronu poruszającego się w polu elektrycznym pomiędzy punktami o różnicy potencjałów równej 1 V. Jest to bardzo mała jednostka energii 1 eV= 1,6 • 10~¹⁹ J.

4.3. Indukcja elektrostatyczna. Polaryzacja dielektryków

Rozpatrzmy oddziaływanie pola elektrycznego na przewodniki znajdujące się w tym polu. Jeżeli zbliżymy do naładowanej dodatnio kuli metalowej A inną nie naładowaną kulę metalową B, nie dotykając kuli A, to będziemy mogli stwierdzić, że na kuli B ujawnią się ładunki elektryczne (rys. 4-3). Przy tym po lewej stronie kuli B będą ładunki ujemne, po prawej — dodatnie. Ponieważ kula B przed zbliżeniem jej do kuli A nie była naładowana, wnioskujemy stąd, że pod wpływem pola elektrycznego wytworzonego przez kulę A wewnątrz kuli B nastąpiło przesunięcie swobodnych elektronów, które nagromadziły się po lewej stronie kuli B zwróconej ku A, po stronie zaś prawej wytworzył się brak elektronów i przez to ujawnił się ładunek dodatni jąder atomowych. Opisane zjawisko nazywa się indukcją elektrostatyczną lub influencją. Obraz pola elektrycznego dla tego przypadku przedstawia rys. 4.4.

105