Зошто се натрупаат полесени во истострелната област на проводник?

Феноменот на накопување на наелектрисаниости во остри области на проводник може да се објасни со неколку основни принципи на електростатиката. Еве детално објаснување:

1. Однос меѓу јачината на електричното поле и радиусот на кривина

На површината на проводник, линиите на електричното поле мора да бидат нормални на површината. Ова значи дека на било која точка на површината на проводникот, јачината на електричното поле 

E е обратно пропорционална со радиусот на кривина 

R. Математички, ова може да се изрази како:

E∝ 1/R

Во остри области, радиусот на кривина 

R е мал, така што јачината на електричното поле 

E е голема. Наспроти тоа, во рамни или гладки области, радиусот на кривина 

R е голем, и јачината на електричното поле E е мала.

2. Однос меѓу густината на наелектрисаноста и јачината на електричното поле

Според Гаусовиот закон, густината на наелектрисаноста σ на површината на проводник е директно пропорционална со јачината на електричното поле 

E:σ∝E

Бидејќи јачината на електричното поле е поголема во остри области, густината на наелектрисаноста во овие области исто така е поголема. Ова значи дека повеќе наелектрисаниости се накопуваат во остри области.

3. Минимизација на потенцијалната енергија

Електричното поле внатре во проводник е нула, така што потенцијалот на површината на проводникот е униформен. За да се постигне овој состојба, наелектрисаниостите се препределиваат на површината на проводникот за да се минимизира целокупната потенцијална енергија на системот. Во остри области, наелектрисаниостите тенденцијално се концентрираат бидејќи силното електрично поле во овие области ефективно ги одбива другите наелектрисаниости, со што се намалува потенцијалната енергија на системот.

4. Распределба на линиите на електричното поле

На површината на проводник, линиите на електричното поле мора да бидат нормални на површината. Во остри области, каде што радиусот на кривина е мал, линиите на електричното поле се подесетирани, што дополнително доведува до накопување на наелектрисаниости. Наспроти тоа, во рамни или гладки области, линиите на електричното поле се подебитирани, што резултира со помала густината на наелектрисаност.

5. Практичен пример: Корона разряд

Корона разряд е типичен пример на накопување на наелектрисаниости во остри области. Кога остриот дел на проводникот накопува доволно наелектрисаност, јачината на електричното поле станува многу голема, доволна да ионизира околниот воздух, што доведува до корона разряд или светкавичен разряд. Овој феномен е заедничко за високонапонски преносни линии, громобранци и слични уреди.

Збирно

Разлогите зошто наелектрисаниостите се накопуваат во остри области на проводник вклучуваат:

• Јачината на електричното поле е обратно пропорционална со радиусот на кривина: Во остри области, радиусот на кривина е мал, а јачината на електричното поле е голема.

• Густината на наелектрисаноста е директно пропорционална со јачината на електричното поле: Регионите со голема јачина на електричното поле имаат голема густината на наелектрисаност.

• Минимизација на потенцијалната енергија: Наелектрисаниостите тенденцијално се концентрираат во остри области за да се минимизира целокупната потенцијална енергија на системот.

• Распределба на линиите на електричното поле: Линиите на електричното поле се подесетирани во остри области, што доведува до накопување на наелектрисаниости.

• Овие принципи заедно работат за да причинат наелектрисаниости да се накопуваат во остри области на проводник, што резултира со набљудуваниот феномен.