A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre. A Faraday-kalitkáról általában azt szokták elmondani, hogy benne az elektromos térerősség nulla. Megmutatjuk, hogy ez nem teljesen pontosan igaz, a gravitáció miatt a kalitkában ki kell alakulnia egy függőlegesen lefelé mutató, nagyon gyenge homogén elektromos mezőnek. A Faraday-kalitka fémből készül, melynek falában sok "szabadon'' mozgó elektron található. Ezekre az elektronokra hat a gravitációs erő, s csak azért nem esnek függőlegesen lefelé, mert egy megfelelő nagyságú elektromos erő kiegyensúlyozza a gravitációs erőt. (Az elektromos erőteret a gravitáció miatt kezdetben kialakuló elektromos megosztás hozza létre. Az elektronok bizonyos hányada a kalitka alsó lapján összegyűlik, negatív töltésűvé teszi azt, ugyanakkor a fedőlapon elektronhiány, vagyis eredő pozitív töltés alakul ki.) A falban levő elektronok egyensúlyának feltétele vagyis (Itt az elektron töltését jelenti, s mivel , és azonos irányúak.) Ez az elektromos térerősség számszerűen nagyon kicsi: . (Összehasonlításként: egy feszültségre feltöltött 2 cm átmérőjű gömb közelében a térerősség .) A kalitka fém falában tehát homogén elektromos mező alakul ki, s ez a mező a kalitka belsejében is jelen kell legyen. Ezt például úgy láthatjuk be, hogy gondolatban tömör fémdarabból indulunk ki, melyben a fentiek szerint az elektromos mező homogén. A fémdarab közepét (elektromosan semleges részét) eltávolítva az elektromos mező nem változhat meg, tehát nagyságú marad. A kalitka belsejében lévő elektronokra ható eredő erő így csak lebegnek, vagy egyenes vonalú egyenletes mozgást végeznek (mintha a Faraday‐kalitka a gravitációs mezőt is leárnyékolta volna), a pozitronokra viszont erő hat, így gyorsulással esnek függőlegesen lefelé.
Csáki Csaba (Bp., Apáczai Cs. J. Gimn., IV. o. t.) dolgozata alapján
Megjegyzések: 1. A -típusú félvezetőkben az elektromos vezetést pozitív töltésű elektronhiányok (lyukak) mozgásával írhatjuk le. Az áramvezetés azonban ezekben az anyagokban is a negatív elektronok elmozdulásával valósul meg (ugyanúgy, mint a fémekben), csak mivel egyetlen lyuk elmozdulása nagyon sok elektron mozgásával egyenértékű, kényelmesebb a lyukak helyzetét nyomon követni. (A helyzet hasonló a vízben felszálló buborék mozgásához: itt is a víz mozog lefelé, de a bonyolult áramlási kép helyett egyszerűbb a víz hiányának helyét megfigyelni.) A félvezető elektronjai csak úgy lehetnek egyensúlyban, ha a kalitka falában (és a belsejében is) elektromos mező alakul ki, ahol az elektron töltése. A félvezető kalitkában tehát szintén az elektronok "súlytalanok'', és a pozitronok esnek gyorsulással lefelé.
Gnädig Péter
2. A kalitka falának közelében úgy az elektronok, mint a pozitronok az ellentétes előjelű "tükörtöltés'' vonzóerejét érzik, tehát a fal felé gyorsulnak.
Derényi Imre (Győr, Révai M. Gimn., IV. o. t.)
|