Kāpēc uzkrājoties nabijumiem šaurā konduktora daļā

Lādējumu akumulācijas parādība šauros vedņa reģionos var tikt izskaidrota, izmantojot vairākus elektrostāvokļa pamatprincipus. Šeit ir detalizēts izskaidrojums:

1. Elektriskā lauka stipruma un līkuma rādiusa attiecība

Vedņa virsū elektriskie lauklīnijas jābūt perpendikulārām virsmai. Tas nozīmē, ka jebkurā punktā uz vedņa virsmas elektriskais lauka stiprums 

E ir inversi proporcionāls līkuma rādiusam 

R. Matemātiski to var izteikt kā:

E∝ 1/R

Šauros reģionos līkuma rādiuss 

R ir mazs, tāpēc elektriskais lauka stiprums 

E ir liels. Otrādi, plakos vai gludos reģionos līkuma rādiuss 

R ir liels, un elektriskais lauka stiprums E ir mazs.

2. Lādējuma blītuma un elektriskā lauka stipruma attiecība

Pēc Gausa likuma, lādējuma blītums σ uz vedņa virsmas ir tieši proporcionāls elektriskajam lauka stiprumam 

E:σ∝E

Kā lādējuma blītums ir lielāks šauros reģionos, lādējuma blītums šajās zonās arī ir augstāks. Tas nozīmē, ka šauros reģionos akumulējas vairāk lādējuma.

3. Potenciālās enerģijas minimizācija

Elektriskais lauks iekšā vedņa ir nulle, tāpēc potenciālis uz vedņa virsmas ir vienmērīgs. Lai sasniegtu šo stāvokli, lādējumi pārdalās uz vedņa virsmas, lai samazinātu sistēmas kopējo potenciālo enerģiju. Šauros reģionos lādējumi tendējuši koncentrēties, jo šajās zonās spēcīgais elektriskais lauks efektīvi atstumst citas lādējumus, tādējādi samazinot sistēmas potenciālo enerģiju.

4. Elektriskā lauka līniju sadalījums

Uz vedņa virsmas elektriskie lauklīnijas jābūt perpendikulāriem virsmai. Šauros reģionos, kur līkuma rādiuss ir mazs, elektriskie lauklīnijas ir vairāk koncentrēti, kas vēl vairāk veicina lādējumu akumulāciju. Savukārt plakos vai gludos reģionos elektriskie lauklīnijas ir vairāk izplatīti, tādējādi radot zemāku lādējuma blītumu.

5. Praktiska piemērs: Koronas emisija

Koronas emisija ir tipisks piemērs lādējumu akumulācijai šauros reģionos. Kad šaurā vedņa daļa akumulē pietiekami daudz lādējuma, elektriskais lauka stiprums kļūst ļoti augsts, pietiekams, lai jonizētu apkārtējos gaisa daļiņas, dēļ ko notiek koronas emisija vai stardeja emisija. Šī parādība ir bieži sastopama augstsprieguma pārvades līnijās, vaļksteigās un citā līdzīgā aprīkojumā.

Kopsavilkums

Iemesli, kāpēc lādējumi akumulējas šauros vedņa reģionos, ietver:

• Elektriskais lauka stiprums ir inversi proporcionāls līkuma rādiusam: Šauros reģionos līkuma rādiuss ir mazs, un elektriskais lauka stiprums ir augsts.

• Lādējuma blītums ir tieši proporcionāls elektriskajam lauka stiprumam: Reģionos ar augstu elektrisko lauka stiprumu ir augsts lādējuma blītums.

• Potenciālās enerģijas minimizācija: Lādējumi tendējuši koncentrēties šauros reģionos, lai samazinātu sistēmas kopējo potenciālo enerģiju.

• Elektriskā lauka līniju sadalījums: Elektriskie lauklīnijas ir vairāk koncentrēti šauros reģionos, kas veicina lādējumu akumulāciju.

• Šie principi kopā darbojas, lai izraisītu lādējumu akumulāciju šauros vedņa reģionos, dēļ ko notiek novērojamā parādība.