مقدمه
هرگاه رسانایی را باردار کنیم، بارها طوری در آن توزیع می‌شوند که
میدان الکتریکی از بین می‌رود و
اختلاف پتاسیل الکتریکی بین هر دو نقطه در داخل آن صفر شود. توزیع بار یک چنین حالتی را بررسی می‌کنیم: یک رسانای تو خالی مثلا کره تو خالی مجزا با سوراخ کوچکی که دارد را باردار می‌کنیم. صفحه فلزی کوچک که روی دسته
عایقی نصب شده است را به عنوان صفحه آزمون بار در دست می‌گیریم و آن را در نقطه‌ای با سطح بیرونی کره تماس می‌دهیم و سپس آنرا از کره کنده و به
الکتروسکوپ متصل می‌کنیم. برگه‌های الکتروسکوپ از یکدیگر دور می‌شود. این نشان می‌دهد که صفحه آزمون با تماس گرفتن با کره ، باردار شده است. اما اگر صفحه آزمون را به سطح داخلی کره تماس دهیم (آنرا از سوراخ کره رد کرده و به سطح داخلی کره تماس دهیم) با وجود بار روی سطح بیرونی کره ، صفحه آزمون باری کسب نمی‌کند و خنثی باقی می‌ماند.
فقط از روی سطح بیرونی رسانا می شود بار بیرون کشید. زیرا سطح داخلی باری برای از دست دادن ندارد. علاوه بر این اگر ابتدا صفحه آزمون را باردار کنیم و سپس آنرا به سطح داخلی کره اتصال دهیم، تمامی بار صفحه آزمون به رسانا منتقل می‌شود. این امر بدون توجه به بار موجود روی سطح رسانا رخ می‌دهد. بنابر این در
حالت تعادل بارها فقط روی سطح بیرونی رسانا توزیع می‌شوند. در واقع سطوح رسانا ناحیه داخلی خود را از اثر
میدان الکتریکی حاصل از بارهای روی سطوح خود و بارهای بیرونی به کلی محفوظ نگه می‌دارند (
حفاظ الکتریکی).
خطوط میدان الکتریکی خارجی روی این سطح پایان می‌یابد. این خطوط نمی‌توانند از میان لایه رسانا بگذرند و سطح درونی بدون میدان الکتریکی می‌ماند. به این دلیل این سطوح فلزی را سپر یا پرده الکترواستاتیک می‌نامند. مهم است بدانیم که از توری فلزی نیز می‌شود به عنوان سپر استفاده کرد، به شرطی که توری به قدر کافی ریز باشد. دلیل این امر در موارد کاربردی زیر نهفته است.
- چرا پیرامون انبارهای نگهداری باروت را برای حفاظت از آذرخش توری فلزی متصل به زمین می‌کشند؟
- چرا در انبارهای مهمات لوله‌های آب باید اتصال زمینی داشته باشند؟
- چرا بدنه تانکرهای نفت کش و تانکرهای گاز را با زنجیری فلزی به زمین متصل می‌کنند؟
کاربردهای عملی توزیع بار روی سطح خارجی رسانا‌ها
از توزیع بار روی سطح خارجی رسانا اغلب در کارهای عملی استفاده می‌شود. هنگامی که لازم باشد بار یک جسمی را بطور کلی به
الکتروسکوپ یا
الکترومتر انتقال دهند، باید یک محفظه تو خالی فلزی تقریبا بسته ، به الکتروسکوپ متصل شود و رسانای باردار ، درون این محفظه قرار گیرد. رسانا کاملا باردار و تمام بارش به الکتروسکوپ منتقل می‌شود. این وسیله را استوانه فارادی نامند. زیرا در عمل کاواک رسانا را عمدتا به شکل استوانه درست می‌کنند.
مولد وان دوگراف
آقای
وان دو گراف پیشنهاد کرد که از خواص
استوانه فارادی برای دست یابی به ولتاژهای بالا استفاده شود. نحوه کار وان دو گراف طوری بود که یک کمربند تسمه‌ای از
ماده عایق مانند ابریشم توسط موتوری روی دو غلتک حرکت می‌کند بطوری که بخشی از حرکت در داخل استوانه تو خالی بزرگی که یکی از غلتک‌ها را احاطه کرده است و توسط عایق از زمین جدا است، انجام می‌گیرد. در خارج از استوانه کوچک تسمه به کمک
جاروبک از چمشه‌ای مثلا
باتری یا
ماشین ویمچورست تا ولتاژ 30 تا50 نسبت به زمین باردار می‌شود، این به شرطی است که قطب دیگر ماشین یا باتری
اتصال زمینی داشته باشد. در داخل استوانه بزرگ ناحیه‌های باردار تسمه در تماس با جاروبک داخل استوانه قرار دارد و بار خود را به کلی به استوانه انتقال می‌دهد. این بار بلافاصله روی سطح بیرونی استوانه توزیع می‌شود.
بنابر این مانعی وجود ندارد که از انتقال دائم بار به استوانه جلوگیری کند و ولتاژ بین استوانه و زمین پیوسته افزایش می‌یابد. به این صورت می‌توان به ولتاژی از مرتبه چند میلیون ولت دست یافت. در آزمایشهای
شکافت هسته‌ای این نوع مولدها را بکار می‌گیرند. و نیز اکثر
شتاب دهنده‌های ذرات نیز دارای این مولد می‌باشند.
مباحث مرتبط با عنوان
