Проводники в электрическом поле.

Проводниками называют тела, которые хорошо проводят электрический ток, в которых есть свободные электрические заряды, способные перемещаться по всему объему проводника.

Условия равновесия зарядов на проводнике:

1. Напряженность поля внутри заряженного проводника должна быть равна нулю . В противном случае на заряды будет действовать электрическая сила, вызывающая их перемещение.

2. Избыточные заряды располагаются на поверхности проводника. В самом деле, при поток Ф_Е вектора через любую замкнутую поверхность, проведенную внутри проводника, равен нулю. Из теоремы Гаусса следует, что при избыточный заряд внутри проводника равен нулю: .

3. Потенциал поля внутри проводника постоянен, т.к. если , то .

4. В каждой точке на поверхности заряженного проводника вектор напряженности направлен по нормали к поверхности. В противном случае вектор можно было бы разложить на две составляющие: нормальную к поверхности и направленную по касательной к поверхности : . Если то на свободные заряды на поверхности проводника будет действовать электрическая сила, что заставит их перемещаться по поверхности проводника, при этом равновесие нарушится.

5. Поверхность проводника является эквипотенциальной поверхностью: потенциал во всех точках на поверхности проводника одинаков и равен потенциалу внутри проводника.

Найдем величину E вблизи поверхности проводника: проведем цилиндрическую поверхность сечением dS с образующей, перпендикулярной поверхности проводника и параллельной вектору . По теореме Гаусса: , т.к поток только через одно основание цилиндра. Отсюда:

Поскольку внутри проводника E=0, а в непосредственной близости от поверхности , то это значит, что при переходе из проводника в пространство за проводником (в воздух) значение изменяется от 0 до .

Среднее значение напряженности поля на поверхности проводника получается равным:

Сила, с которой поле проводника действует на заряд, расположенный на его поверхности dS, равна:

Давление, испытываемое поверхностью проводника и обусловленное избыточными зарядами на его поверхности, равно:

При помещении незаряженного проводника в электрическое поле имеющиеся на нем заряды приходят в движение – на противоположных поверхностях возникают избыточные электрические заряды противоположных знаков.

Возникающие на поверхности заряды создают свое поле, которое в точности равно внешнему, но противоположно по направлению – внутри проводника (в полости) поле отсутствует.

Явление возникновения электрических зарядов на поверхности проводника под действием электрического поля называется электростатической индукцией, а возникающие заряды называют индукционными.

Перераспределение зарядов в проводнике под действием внешнего поля происходит до тех пор, пока силовые линии не окажутся перпендикулярными поверхности проводника.

Равенство нулю напряженности поля в полости проводника используют для реализации электрической защиты, причем оказалось, что электрическая защита получается достаточно хорошей не только в случае сплошной металлической оболочки, но и в случае использования мелкой металлической сетки.

Соединение проводником какого-либо тела с землей называют заземлением. При заземлении заряженных проводников, в том числе и тела человека, они теряют заряд и их потенциал будет равен потенциалу земли. Заземление корпусов приборов и аппаратов способствует их безопасной эксплуатации, т.к. исключает возможность для персонала оказаться под напряжением корпуса аппарата и земли.