Поле внутри проводника и вблизи его поверхности

 

В проводниках, к которым относятся металлы, жидкости и газы, имеются электрически заряженные частицы, способные под действи-ем внешнего поля перемещаться по всему объему проводника. В ме-таллах это электроны, называемые свободными электронами (или электронами проводимости), которые свободно перемещаются между узлами кристаллической решетки, образованной ионами металла. В отсутствие внешнего поля электрические поля свободных электро-нов и положительных ионов металла взаимно компенсируют друг друга. В проводнике, внесенном в электрическое поле, происходит перераспределение свободных зарядов, в результате чего на поверх-ности проводника возникают нескомпенсированные положительные и отрицательные заряды (рис. 3.1.1). Перераспределение зарядов в про-воднике происходит до тех пор, пока всюду внутри проводника поле электронов и положительных ионов Е не скомпенсирует внешнее по-ле Е ₀ и в любой точке внутри проводника, находящегося в электроста-тическом поле, напряженность установившегося результирующего электрического поля Е не будет равна нулю. Этот процесс называют электростатической индукцией,а появившиеся на поверхности про-

 

водника заряды – индукционными зарядами.

 

		E 0
E

E

 

E E ₀ E 0

 

Рис. 3.1.1

 

Силовые линии электростатического поля вне проводника в непосредственной близости к нему перпендикулярны его поверх-ности. Если бы это было не так, то имелась бы составляющая на-

 

пряженности E поля вдоль поверхности проводника, и по поверх-

 

ности протекал бы ток. При равновесии зарядов во всех точках внутри проводника не только напряженность поля, но и заряд равен

 

нулю. Во всех точках на поверхности проводника E E_n (E 0). Потенциалы во всех точках внутри проводника одинаковы и равны

 

потенциалу на поверхности проводника (E ^d 0 = const). dr

 

Таким образом, поверхность проводника, находящегося в электро-

 

статическом поле, эквипотенциальна	d	E 0		, весь объем
	dl

проводника также эквипотенциален.

 

E = 0

 

 

Рис. 3.1.2

 

Все внутренние области проводника, внесенного в электрическое поле, остаются электронейтральными, т. к. в заряженном проводнике индуцированные заряды распределяются всегда на его внешней по-верхности. Если удалить некоторый объем, выделенный внутри про-водника, и образовать пустую полость, то электрическое поле внутри полости будет равно нулю (рис. 3.1.2). На этом основана электроста-тическая защита:чувствительные к электрическому полю приборыдля исключения влияния поля помещают в металлические ящики (в проводящий экран), которые соединяют с землей.

Замкнутая проводящая незаземленная оболочка не экранирует внешнее от поля зарядов, находящихся внутри оболочки, простран-ство. Электрический заряд внутри замкнутой сферической проводящей оболочки создает на ее внутренней и внешней поверхностях равные

 

по величине и противоположные по знаку индуцированные заряды

(рис. 3.1.3, а).

 

En 0	E = 0	E = 0
E

 

q

 

 

а б

 

Рис. 3.1.3

 

Эффект экранировки имеется только в толще сферической обо-

 

лочки (E 0). Во внешнем пространстве поле создается электриче-скими зарядами, индуцированными на ее наружной поверхности. Эффект экранировки внешнего от поля заряда, находящегося внутри проводящей сферической оболочки, пространства возникает, если убрать ее индуцированные заряды заземлением наружной поверхно-сти оболочки (рис. 3.1.3, б).