Поле заряженного проводника

К проводникам относятся вещества, проводящие электрический ток; в них имеются свободные заряды, которые способны перемещаться по проводнику под действием электрического поля. В металлических проводниках свободными зарядами являются электроны, они образуют газ, заполняющий кристаллическую решетку положительно заряженных ионов.

Рассмотрим, что произойдет, если проводнику сообщить избыточный заряд. В условиях равновесия избыточного заряда справедливы следующие утверждения.

1. Электрическое поле внутри проводника отсутствует, а объем проводника и его поверхность являются эквипотенциальными:

 

(8.1)

 

Действительно, если равенство (8.1) не выполняется, то тогда свободные заряды в проводнике будут перемещаться, так как работа сил электростатического поля не будет равна нулю. Это противоречит условию равновесия избыточного заряда: в условиях равновесия они должны быть неподвижными.

2. Избыточный заряд распределится только по внешней поверхности, так как из-за кулоновского отталкивания одноименных зарядов они стараются разойтись на максимально возможные расстояния.

Рис. 8.1

3. Распределение избыточного заряда по внешней поверхности проводника является неравномерным: поверхностная плотность заряда σбольше в тех точках поверхности проводника, где ее кривизна больше (рис. 8.1).

Если в электрическое поле напряженности поместить незаряженный проводник, то под действием сил поля свободные заряды в проводнике приходят в движение и на его противоположных сторонах появляются индуцированные заряды, которые компенсируют внешнее поле внутри проводника (рис. 8.2), и искажают внешнее поле снаружи, вблизи поверхности.

 

 

Рис. 8.2

Итак, внешнее электрическое поле не проникает внутрь металла. Это позволяет использовать металлическую оболочку, сплошную или в виде сетки, для защиты различных приборов от внешних электрических полей.