Провідники в електричному полі

На відміну від діелектрика, який має в своєму складі лише зв’язані заряди, у провіднику, крім зв’язаних зарядів, існує також висока концентрація вільних зарядів, які можуть рухатись у межах всього об’єму провідника.

Якщо помістити провідник у зовнішнє електричне поле, вільні заряди під дією цього поля починають рухатись і розташовуються таким чином, що електростатичне поле всередині провідника стає рівним нулю. Цей рівноважний розподіл зарядів встановлюється протягом долей секунди після появи зовнішнього поля, і після цього рух зарядів припиняється. Заряди розподіляються на зовнішній поверхні провідника таким чином, що зовнішнє поле всередині провідника компенсується полем вільних зарядів. Ззовні провідника взаємонакладення зовнішнього поля і поля вільних зарядів приводить до того, що силові лінії загального поля викривлюються і перериваються, закінчуючись на цих зарядах (Рис.1.3).

До висновку про відсутність поля всередині провідника можна дійти на основі таких міркувань. Якби поле всередині провідника збереглося, тобто , то в ньому під дією цього поля продовжувався б впорядкований рух зарядів в одному напрямі. Тобто над зарядами виконувалася б робота без затрат енергії, але це входить у протиріччя з законом збереження енергії. Отже, скрізь всередині провідника Е = 0.

Якщо провіднику надати деякий заряд, то нескомпенсовані заряди розміщуються лише на поверхні провідника. Про це можна зробити висновок на основі теореми Гауса (3.2.7), адже вектор , як і вектор , скрізь всередині провідника дорівнює нулю. Тому і потік вектора зміщення через будь-яку замкнену поверхню всередині провідника дорівнює нулю. А це, згідно з (3.2.7), говорить про те, що нескомпенсовані вільні заряди всередині провідника відсутні.

Електростатичне поле відсутнє також і у вільному просторі, оточеному з усіх боків провідником. Саме цей принцип покладений в основу електростатичного захисту обмежених об’ємів простору, коли певний об’єм оточується провідником у вигляді тонкого листа або сітки з метою його ізолювання від зовнішніх електростатичних полів.

- +_

- +

- +

+

-

+

-

- +

Рис. 1.3

Враховуючи зв’язок напруженості поля з його потенціалом, відсутність поля всередині провідника означає, що в усіх точках всередині провідника потенціал має одне й те саме значення. Отже, поверхня провідника в електростатичному полі еквіпотенціальна.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: