Linearni
generator. Napravo oblikujejo prevodni vodili in prečna
prevodna palica (»sani«) ter pravokotno na njih usmerjeno homogeno
magnetno polje gostote B (slika 1).
Gibljivi del naprave
so sani; te vleče zunanja sila Fz v desno, da
imajo hitrost v.
Vprašanje je: kaj se bo v napravi zgodilo? Hkrati z gibanjem palice
se gibajo seveda tudi naboji v njej; na njih deluje magnetna sila (±)ev
´ B. Sila na protone
je usmerjena navzgor, na elektrone pa navzdol. Protonom in vezanim
elektronom se nič ne pripeti, saj so v strukturo atoma trdno vpeti,
zganejo pa se prosti elektroni, ki se rahlo pomaknejo k dnu sani.
Na spodnjem delu se pojavi presežek negativnega, na zgornjem delu pa
enak presežek pozitivnega naboja; prevodni palici se »zgodi«
električna influenca; izgleda tako, kot »da bi bila palica položena
v električno polje jakosti v
´ B«. Zaradi stika
med palico in vodili se presežka nabojev pojavita tudi na vodilih.
Nastopi dilema!
Zunanji opazovalec, ki gleda na gibanje palice od strani, trdi, da
se je premik nabojev v palici zgodil zaradi magnetne sile
-ev
´ B, notranji
opazovalec, ki se gibje skupaj s palico in za katerega naboji v
palici mirujejo, da nanje magnetno polje ne more delovati, pa trdi,
da se je premik nabojev v saneh zgodil zaradi električne sile
oziroma inducirane električne sile
-eEind.,
v kateri pomeni Eind. vektor inducirane
električne poljske jakosti. Glede na to, da ima vsak opazovalec
pravico do svoje razlage dogodka, je dovoljeno sili v palici, ki ju
opazovalca »zagovarjata«, zapisati na en ali drug način, in sicer:
-ev
´ B
=
-eEind..
Iz enačbe sledi:
Ako bi palici
hitrost podvojili, bi se dodatno influirali prejšnjim enaki naboji.
Če bi se palica gibala v nasprotno smer, bi se izvršila tej obratna
influenca, da bi zgornje vodilo imelo negativen, spodnje pa
pozitiven presežek nabojev. Če bi palico med gibanjem dvignili, da
bi izgubila stik z vodili, bi ostali vodili še naprej naelektreni;
vodili bi predstavljali naelektren dvovod (kondenzator) z lastnim
električnim poljem in energijo. Iz povedanega izhaja, da inducirana
sila vrši v palici nekaj podobnega kot neelektrična sila v
galvanskem členu, ki s kemičnim procesom razslojuje naboje oziroma
generira električno napetost; zaradi tega rečemo, da ima inducirana
sila generatorski značaj.
V palici inducirano
električno polje pa le ni edino polje v prostoru! Tu je tudi
Coulombova ali statična električna poljska jakost Estat.
influiranih nabojev, ki se pridružuje inducirani električni poljski
jakosti in z njo oblikuje rezultančno električno poljsko jakost
E, da je E =
Eind. +
Estat.; pri tem so influirani naboji na površinah
prevodnih vodil in sani razporejeni tako, da je v njih E
= 0 (da ni več
nikakršnega vzroka za premik prostih elektronov), izven njih pa je
E v splošnem različna od nič. Od tu črpamo naslednje
zaključke:
Inducirane
napetosti. Od inducirane poljske jakosti do inducirane
napetosti ni več daleč! Priključimo med vodili kondenzator
kapacitivnosti C, palico pa naj zunanja sila vleče enakomerno
v desno (slika 2).
Kaj znamo povedati?
Proces influence se bo od vodil »razširil« do plošč; plošči se bosta
naelektrili z nabojema ±Q,
kondenzator bo sprejel energijo Q2 / 2C in
pridobil električno napetost Q / C.
Ni pa to edina napetost, ki se je v sistemu pojavila; napetosti je
v resnici več in vse so »nekako« inducirane, »porojene« z gibanjem.
Točke A, B,
C in D označujejo značilna mesta linearnega
generatorja. Iskane napetosti med njimi dobimo, če se opremo na
ugotovitve o vektorjih statične in inducirane električne poljske
jakosti v napravi. V kondenzatorju in vodilih je Eind.
= 0, iz česar sledi:
uAB, ind.
= uBC,
ind. = uDA,
ind. = 0.
V kondenzatorju je Estat. usmerjen k spodnji
plošči, zato je med ploščama napetost uAB,
stat. ¹ 0, v vodilih
pa je Estat. =
0, kar dá še: uBC, stat.
= uDA,
stat. = 0. V palici
je Eind. =
v ´ B
usmerjen navzgor; zaradi pravokotnosti (v
^ B) je
|v
´ B|
= vB. Vektor l
sani je sosmeren z v ´
B; zato je uCD, ind.
= vBl. Poljska
jakost Estat. =
-v
´ B je tam nasprotne
smeri, zato je uCD, stat.
=
-vBl.
|