هادی کامل در میدان الکتریکی: مثال ۱

امین خواصی تیر ۱۷, ۱۳۹۵ ۱۰:۰۰ قبل از ظهر

ویدئو های بیشتر

هادی کامل و ویژگی های اساسی آن

در هادی های فلزی الکترونها می توانند آزادانه در شبکه کریستالی ماده حرکت کنند (در هادی های مایع مانند آب نمک یونها هستند که حرکت می کنند.). هادی کامل ماده ای است که منبع نامحدودی از بارهای کاملا آزاد داشته باشد. در عالم واقع هادی کامل وجود ندارد اما بسیاری از فلزات رفتاری بسیار شبیه به هادی کامل دارند. با توجه به این تعریف می توان مشخصات زیر را برای هادی ایده آل در میدان الکتریکی ساکن ذکر نمود:

۱- میدان الکتریکی در داخل هادی برابر صفر است. زیرا در غیر این صورت بارها شروع به حرکت می کنند و شرط الکتریسیته ساکن نقض می گردد. در واقع وجود میدان الکتریکی باعث حرکت بارها می شود تا اینکه بارها به نحوی توزیع شوند که این میدان الکتریکی از بین برود.

۲-چگالی بار الکتریکی در داخل هادی برابر صفر است. زیرا بار الکتریکی با دیورژانس میدان الکتریکی متناسب است (طبق قانون گاوس) که میدان الکتریکی خود برابر صفر است. البته بارهای الکتریکی مثبت و منفی درون هادی حضور دارند اما مقدار آنها دقیقا برابر است و بنابراین یکدیگر را خنثی می نمایند.

۳- بارها بر روی سطح هادی قرار می گیرند. زیرا تنها جایی است که می توانند حضور یابند.

۴- تمام هادی دارای پتانسیل یکسان است. چون میدان الکتریکی برابر صفر است انتگرال آن روی هر مسیری (یعنی اختلاف پتانسیل) نیز برابر صفر خواهد بود پس اختلاف پتانسیل تمام نقاط هادی صفر است.

۵- میدان الکتریکی مماسی در مرز هادی برابر صفر است. به عبارت دیگر در مرز هادی کامل میدان الکتریکی بر مرز عمود است. زیرا وجود مولفه مماسی باعث حرکت بارها می شود تا اینکه این مولفه مماسی از بین برود.