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 Е0 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.
| E0 | |||
| E | |||
E
E E0 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 En ( 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).