ΦΟΡΤΙΣΗ ΜΕ ΗΛΕΚΤΡΟΣΤΑΤΙΚΗ ΕΠΑΓΩΓΗ

Τον 18ο αιώνα, ο Βρετανός επιστήμονας John Canton και ο Σουηδός καθηγητής John Carl Wicke ανακάλυψαν το φαινόμενο της Ηλεκτροστατικής Επαγωγής.

Όταν φέρνουμε ένα φορτισμένο σώμα κοντά σε ένα αφόρτιστο αντικείμενο, προκαλούνται ίσα και αντίθετα φορτία στην κοντινή επιφάνεια του αφόρτιτου αντικειμένου. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται Ηλεκτροστατική Επαγωγή.

Τα φορτισμένα αντικείμενα έχουν ηλεκτροστατικά πεδία γύρω τους και όταν φέρνουμε ένα αφόρτιστο αντικείμενο κοντά σε ένα φορτισμένο αντικείμενο, τότε το ηλεκτροστατικό πεδίο αλληλεπιδρά με τα φορτία που υπάρχουν στην επιφάνεια του αφόρτιτου αντικειμένου έλκοντας αντίθετα φορτία και απωθώντας παρόμοια φορτία.

Λόγω αυτού του φαινομένου, θα μπορούσαμε να φορτίσουμε ένα αφόρτιστο αντικείμενο χωρίς να το αγγίξουμε απευθείας.

Όταν το φορτίο προκαλείται σε ένα αφόρτιστο σώμα, το καθαρό φορτίο στο σώμα είναι μηδέν. Εφόσον το σώμα δεν χάνει ούτε κερδίζει καμία χρέωση, οι χρεώσεις αναδιανέμονται λόγω της αλληλεπίδρασης με τις κοντινές χρεώσεις.

Μερικά παραδείγματα Ηλεκτροστατικής Επαγωγής

• Ηλεκτροστατική επαγωγή μεταξύ της φορτισμένης και της αφόρτιστης σφαίρας

Αν δώσουμε θετικό φορτίο σε μια αγώγιμη σφαίρα και στη συνέχεια τη φέρουμε κοντά στην αφόρτιστη αγώγιμη σφαίρα, τότε το αρνητικό φορτίο επάγεται στην ίδιας έκτασης σχεδόν επιφάνεια. Και το θετικό φορτίο προκαλείται στην μακρινή επιφάνεια της αφόρτιστης σφαίρας.

• Ηλεκτροστατική επαγωγή μεταξύ γυάλινης ράβδου και ηλεκτροσκοπίου

Εάν φέρουμε μια φορτισμένη γυάλινη ράβδο κοντά στις μεταλλικές πλάκες ενός ηλεκτροσκοπίου, τότε τα φορτία στις μεταλλικές πλάκες ανακατανέμονται. Εξαιτίας του οποίου οι μεταλλικές πλάκες αποκλίνουν.

Ο τύπος για την επαγόμενη χρέωση 

Αν φορτίσουμε ένα σώμα με Q, και μετά το φέρουμε κοντά σε ένα αφόρτιστο σώμα. Στη συνέχεια, το φορτίο προκαλείται σε ένα αφόρτιστο αντικείμενο, ας πούμε q, τότε το q σχετίζεται με το Q ως:

q =Q (K-1)/K

Όπου K=διηλεκτρική σταθερά του μέσου 

Εφαρμογές Ηλεκτροστατικής Επαγωγής

• Γεννήτρια Van de Graaff

Η γεννήτρια Van de Graaff λειτουργεί με βάση την αρχή του στατικού ηλεκτρισμού.

Αυτή η γεννήτρια χρησιμοποιείται για την παραγωγή υψηλής τάσης τάξης 106 V.

Τα εξαρτήματά του αποτελούνται από μεταλλική χτένα, τροχαλία με κινητήρα, μονωτικό ιμάντα και μεταλλική σφαίρα.

Ο μονωτικός ιμάντας, ο οποίος διατηρείται σε κίνηση από έναν κινητήρα, μεταφέρει τα φορτία από τη γειωμένη μεταλλική χτένα στη μεταλλική σφαίρα. Εξαιτίας αυτού, τα φορτία συνεχίζουν να συσσωρεύονται στη μεταλλική σφαίρα και παίρνουμε μια τάση της τάξης των 10⁶ V.

• Πυκνωτής

Σε έναν πυκνωτή, μια πλάκα διατηρείται σε υψηλότερο δυναμικό και το φορτίο συσσωρεύεται σε αυτό. λόγω επαγωγής, προκαλούνται ίσα και αντίθετα φορτία στην άλλη πλάκα, η οποία διατηρείται σε χαμηλότερο δυναμικό. Οι πυκνωτές χρησιμοποιούνται για τη διατήρηση σταθερής ροής ηλεκτρισμού μέσω ενός κυκλώματος.

• Ξερογραφία

Η ξηρογραφία είναι η μέθοδος ξηρής φωτοτυπίας που βασίζεται στην αρχή της ηλεκτροστατικής. Τα εξαρτήματά του αποτελούνται από λαμπτήρα, κύλινδρο αλουμινίου, σελήνιο, γραφίτη, σύρμα κορώνας και θερμαινόμενο κύλινδρο.

Όταν το φως από τη λάμπα πέφτει στο χαρτί που πρόκειται να φωτογραφηθεί, το χαρτί αντανακλά το φως προς τον κύλινδρο αλουμινίου. Δεδομένου ότι ο κύλινδρος αλουμινίου καλύπτεται με ένα φύλλο σεληνίου, έναν φωτοαγωγό, απορροφά το φως και λειτουργεί ως αγωγός. Στη συνέχεια, το θετικό φορτίο προστίθεται στον κύλινδρο με σύρμα κορώνας και στη συνέχεια σχηματίζεται μια φορτισμένη εικόνα του εγγράφου στον κύλινδρο. Τώρα το τόνερ με ηλεκτρόνια από το φύλλο σεληνίου κολλάει στην θετικά φορτισμένη εικόνα στο τύμπανο. Στη συνέχεια, μια σελίδα με θετικό φορτίο περνά μέσα από τον κύλινδρο, ο θερμαινόμενος κύλινδρος λιώνει στη συνέχεια το τόνερ και το μελάνι κολλάει στο χαρτί.

• Tandem Accelerator

Ο Tandem Accelerator χρησιμοποιείται για την αύξηση της κινητικής ενέργειας θετικά φορτισμένων σωματιδίων όπως τα πρωτόνια. Στον Tandem Accelerator παράγονται αρνητικά ιόντα σε υψηλότερο δυναμικό. Στη γεννήτρια Van de Graaff, παράγονται θετικά ιόντα με υψηλότερο δυναμικό.

Στο δεύτερο στάδιο του Tandem Accelerator, τα ηλεκτρόνια απογυμνώνονται και τα αρνητικά φορτία μετατρέπονται σε θετικά φορτία. Και μετά, τα θετικά φορτία επιταχύνονται στο δυναμικό γείωσης.

Συμπέρασμα

• Φέρνοντας ένα φορτισμένο σώμα κοντά σε ένα αφόρτιστο αντικείμενο, προκαλείται ένα ίσο και αντίθετο φορτίο στην κοντινή επιφάνεια του αφόρτιτου αντικειμένου. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται Ηλεκτροστατική Επαγωγή.
• Κατά τη διάρκεια της ηλεκτροστατικής επαγωγής, το καθαρό φορτίο παραμένει μηδέν στο αντικείμενο, που σημαίνει ότι παραμένει ηλεκτρικά ουδέτερο. Εφόσον δεν υπάρχει μεταφορά χρέωσης από το ένα σώμα στο άλλο, οι χρεώσεις απλώς αναδιανέμονται λόγω της επιρροής των κοντινών χρεώσεων.
• Ορισμένες εφαρμογές της Ηλεκτροστατικής Επαγωγής είναι- 

1. Γεννήτρια Van de Graaff
2. Tandem Accelerator
3. Πυκνωτές
4. Ξερογραφία
5. Εκτυπωτές inkjet

• Το φύλλο σεληνίου που χρησιμοποιείται στην Xerography είναι ένας φωτοαγωγός. Όταν το φως πέφτει πάνω του, λειτουργεί ως αγωγός, αλλά ενεργεί ως μονωτής στο σκοτάδι.