Проводники в электростатическом поле

Внутри проводника электроны свободны и движутся хаотически. Если проводник попадает в электрическое поле (рисунок 15), то электроны направленно перемещаются навстречу линиям напряженности электрического поля и накапливаются на одном конце проводника, а на противоположном конце проводника возникает положительный заряд, обусловленный недостатком электронов. Эти два заряда создают внутри проводника поле направленное навстречу внешнему полю . Результирующее поле внутри проводника ослабляется до нуля.

Рис. 15. Проводник в электростатическом поле

Проводник электризуется так, что на одном его конце возникает отрицательный заряд, а на другом - такой же по величине положительный. Такая электризация называется электростатической индукцией. Время электризации настолько мало, что поле внутри проводника исчезает практически мгновенно. Если проводник удалить из поля, то его положительные и отрицательные заряды вновь равномерно распределятся по всему объему, и проводник станет электрически нейтральным. Если разнять в поле две половины проводника, то на одной части будет положительный заряд, а на другой отрицательный заряд.

Внутри проводника =0, а поскольку , то во всех точках проводника потенциал j = const.

Таким образом, поверхность проводника эквипотенциальная, а вектор напряженности на внешней поверхности проводника направлен по нормали к каждой точке поверхности.

При равновесии весь избыточный заряд наэлектризованного проводника расположен на его поверхности, т.к. согласно теореме Гаусса внутри проводника =0 и заряд , находящийся в некотором объеме внутри проводника, равен нулю: .

Снаружи проводника: и напряженность электрического поля у поверхности проводника: .

С помощью этой формулы можно рассчитать напряженность электростатического поля вблизи поверхности проводника любой формы. Индуцированные заряды появляются на проводнике вследствие их смещения под действием поля. Поэтому вектор получил название электрического смещения.

Если проводник, имеющий полость внутри, заземлить, то потенциал внутри полости будет нулевым. На этом основана электростатическая защита (экранирование).

Контрольные вопросы

1. Что такое электрический диполь и дипольный момент?

2. Какие три вида диэлектриков Вам известны и в чем их различие?

3. Как вычислить дипольный момент и поляризованность диэлектрика?

4. Расскажите о процессе поляризации диэлектрика, помещенного в однородное электрическое поле.

5. Чему равна результирующая напряженность электрического поля в диэлектрике?

6. Что такое вектор электрического смещения?

7. Расскажите о процессах, происходящих в проводнике, помещенном в электрическое поле.

8. Что Вы можете сказать о распределении заряда в проводнике и о потенциале поверхности проводника?