Sršení v okolí hrotu

Pokus číslo: 759

  • Cíl pokusu

    Experiment ukazuje sršení elektrického náboje v okolí hrotu na nepravidelném vodivém tělese.

  • Teorie

    Pokud na duté vodivé těleso přivedeme elektrický náboj, ten se rozloží po celém vnějším povrchu. Uvnitř tělesa žádný náboj nebude, protože náboje souhlasného znaménka se od sebe odpuzují – snaží se od sebe vzdálit co nejdál.

    Na kulovém tělese se náboj rozloží rovnoměrně po celém povrchu, má-li těleso nerovnoměrný tvar, hodí se k popisu rozložení náboje zavést plošnou hustotu náboje σ jako množství náboje na dané ploše:

    \[\sigma = \frac{\Delta Q}{\Delta S};\;\;[\sigma] = \frac{\mathrm{C}}{\mathrm{m^2}}\]

    Největší hustota náboje je na hrotech a hranách, naopak velmi málo náboje je uvnitř dutin. Vodivým dutým předmětům, které uvnitř nemají žádný náboj (a tedy žádnou intenzitu elektrického pole) se říká Faradayova klec. Jako příklad Faradayovy klece může sloužit například vodivá plechovka, automobil apod.

    Naopak na hrotech, kde je větší hustota náboje, může docházet díky velké intenzitě k ionizaci vzduchu. Tím vznikají v okolí hrotu ionty nabité stejně jako hrot. Tyto ionty se od hrotu odpuzují a strhávají okolní vzduch, který může odklánět např. plamen svíčky. Opačně nabité ionty se přitahují k hrotu a neutralizují jeho náboj. Tomuto odpuzování iontů od hrotu se říká sršení z hrotu.

    Kvůli sršení z hrotu dochází například ke ztrátám při přenosu elektřiny vedením velmi vysokého napětí – je-li větší vlhkost vzduchu, je občas sršení poblíž sloupů velmi vysokého napětí i slyšet. Dále se tohoto jevu využívá v elektrostatických filtrech kouře – částice kouře se nabíjejí záporně, hromadí se na stěnách a vlastní tíhou se sesouvají dolů do jímky.

    Podrobnější vysvětlení rozložení náboje na vodiči lze nalézt v Encyklopedii fyziky.

  • Pomůcky

    • kulový konduktor s hrotem na izolačním stojánku
    • indukční elektrika
    • svíčka, zápalky
    • vodiče, krokosvorky

    Obr. 1: Pomůcky
  • Postup

    1. Jeden vybíječ indukční elektriky spojíme s kulovým konduktorem s hrotem, druhý vybíječ uzemníme.
    2. Před hrot umístíme svíčku tak, aby plamen byl od hrotu vzdálen asi 1 cm.
    3. Otáčíme-li klikou indukční elektriky, pozorujeme, že se plamen odklání.
    4. Pokud svíčku přiblížíme k jinému místu konduktoru, k odklonu plamene nedochází.
  • Vzorový výsledek

    Vzorové provedení pokusu je vidět na videu:

Typ pokusu: kvalitativní
Věková skupina: od 2. stupně základní školy
Potřebné vybavení: proveditelné s pomůckami, které se na školách obvykle vyskytují
Čas přípravy pokusu: do 3 minut
Čas provedení pokusu: do 3 minut
Pokus je zachycen na videu
Multimediální encyklopedie fyziky