Проводники в электрическом поле.

Если проводнику сообщить некоторый заряд или его поместить во внешнее электростатическое поле, то в обоих случаях на заряды проводника будет действовать электростатическое поле и они будут перемещаться внутри проводника. Этот процесс будет происходить до тех пор, пока внутри проводника поле не будет равно нулю. При этом, естественно, согласно уравнению (3.4.6) потенциал внутри проводника должен быть постоянным (j=const). Далее, напряженность на поверхности проводника в каждой точке должна быть направлена по нормали. В противном случае касательные составляющие привели бы заряды, находящиеся на поверхности в движение, и равновесие зарядов было бы нарушено.

Применив теорему Гаусса можно определить напряженность поля непосредственно у поверхности проводника. Пусть на поверхности проводника, показанного на рис.16.1 поверхностная плотность заряда

равна s.

 

Рис.16.1

Проведем замкнутый цилиндр, ось которого совпадает по направлению с вектором . Одно основание цилиндра находится внутри проводника, а другое, вне. Ясно, что потоки через боковую поверхность и через основание, находящееся внутри проводника, будут равны нулю. Поэтому где Е_n – проекция вектора на внешнюю нормаль, DS площадь сечения цилиндра, s поверхностная плотность заряда. Из последнего равенства получаем:

, (3.5.1)

где e - диэлектрическая проницаемость среды, окружающей проводник. Если в электрическое поле внесем незаряженный проводник (рис.16.2),

а) б)

Рис.16.2

то внутри проводника будет происходить процесс разделения свободных зарядов (электронов , ионов) так, что на одном конце проводника будет избыток положительных зарядов, на другом отрицательных. Создаваемое этими зарядами поле будет направлено против внешнего поля. Данный процесс будет происходить до тех пор, пока поле внутри проводника не станет равным нулю, при этом линии напряженности на поверхности проводника будут ортогональны к поверхности. На рис. (16.2а) показаны линии напряженности в первоначальный момент помещения проводника в электрическое поле, а в (16.2 б) установившееся конечное состояние. Появившиеся на поверхности заряды называются индуцированными зарядами, а само явление перераспределения зарядов в проводнике под действием поля называется явлением электростатической индукции.

Наличие полости внутри проводника не влияет на окончательное распределение зарядов на поверхности. Это положение может быть использовано для электростатической защиты различных тел, например, электроизмерительных приборов, от влияния внешних электростатических полей. Обычно для этого используют металлическую сетку.

Расположение зарядов, сообщенных проводнику на поверхности проводника, может быть использовано для накопления большого количества зарядов (обоих знаков) в проводниках и для создания между противоположно заряженными проводниками большей разности потенциалов (в несколько миллионов вольт). Эта идея использована Ван-де-Графом для создания электростатического генератора.