گام به گام فعالیت 1-7 صفحه 29 درس 1 فیزیک (2) رشته ریاضی (الکتریسیتۀ ساکن)

الف) در شکل شخصی را داخل یک قفس توری فلزی می بینید که نوعی از قفس فاراده است. در مورد قفس فاراده و کاربردهایش تحقیق و به کلاس گزارش کنید.
ب) تحقیق کنید چرا معمولاً شخصی که در داخل اتومبیل یا هواپیماست از خطر آذرخش در امان می ماند.
پ) با اعضای گروه خود آزمایش های دیگری را طراحی و اجرا کنید که نشان دهد بار اضافی داده شده به رسانا، روی سطح خارجی آن قرار می گیرد.

الف) قفس فاراده یک قفس یا فضای بستۀ ساخته شده از فلز یا رسنای الکتریکی دیگر است. مایکل فاراده در یک آزمایش، فردی را در یک قفس رسانای بزرگ قرار داد و آن را توسط مولدوندوگراف تا حدی باردار کرد که بار هایالکتریکی به صورت جرقه از گوشه های آن جریان پیدا می کردند و با وجود جرقه هایی که بیت قفس و مولد زده می شود. فرد درون قفس هیچ آسیبی نمی بیند. این آزمایش نشان داد که بار الکتریکی یک رسانای بسته روی سطح خارجی آن قرار می گیرد و بار خالصی در رسانا قرار نمی گیرد.

قفس فاراده علاوه بر اینکه محافظی در برابر امواج بیرونی است، به امواج درون خود نیز اجازۀ خروج نمی دهد. قفس فاراده در برابر نفوذ امواج رادیویی و تابش الکترومغناطیس نیز مقاوم است و این امواج نمی توانند به داخل آن نفوذ کنند.

ب) در هنگام برخورد آذرخش به اتومبیل یا هواپیما بندۀ فلزی آن به صورت یک قفس فاراده (مانند رسانای خنثای منزوی را در یک میدان الکتریکی خارجی قرار دهیم. الکترون های آزاد رسانا طوری روی سطح خارجی آن توزیع می شوند که اثر میدان خارجی درون رسانا را خنثی و میدان خالص درون رسانا را صفر کنند.)عمل می کند و مانع رسیدن امواج الکتریکی به سرنشینان درون اتومبیل یا مسافران درون هواپیما می شود.

پ) مطابق شکل دو آونگ الکتریکی مشابه با سیم های اتصال رسانا را برداشته و یکی را به داخل و دیگری را به خارج استوانۀ رسانا متصب می کنیم، سپس استوانه را به پک مولد واندوگراف متصل می کنیم، مشاهده می کنیم که گلوله های آونگ بیرونی همدیگر را دفع می کنند، ولی برای آونگ داخلی این اتفاق نمی افتد.

این مسئله نشان می دهد که بار خالص یک رسانای فلزی در سطح خارجی آن قرار می گیرد.