Проводник в электрическом поле

Согласно представлениям классической физики структуру металлов можно рассматривать как систему положительных ионов и свободных электронов. Ионы расположены в узлах кристаллической решетки, они могут совершать лишь небольшие колебания около положения равновесия. Свободные электроны как бы составляют "общую собственность" всех ионов и хаотически движутся по всему объему проводника.

Когда проводник не находится в электрическом поле, то электроны распределяются более или менее равномерно и в любой части проводника сумма положительных и отрицательных зарядов равна нулю.

Если проводник внести в электрическое поле, то на положительные и отрицательные заряды будут действовать силы электрического поля. Под действием этих сил происходит перераспределение зарядов: насыщенность электронами вблизи одной поверхности проводника растет, вблизи другой – падает (рис. 39.1). Возникающие на поверхностях заряды называются индукционными, а процесс их возникновения - электростатической индукцией. Индукционные заряды противоположны по знаку и равны по модулю. При выключении внешнего поля они исчезают. Внутри проводника поле индукционных зарядов напряжен-ностью противоположно внешнему: . Напряженность собственного поля будет расти по мере смещения электронов под действием сил электрического поля и через какой-то весьма малый промежуток времени станет равной напряженности внешнего поля. В этом случае внешнее и внутреннее (т. е. возникшее в проводнике вследствие смещения электронов) поля компенсируют друг друга, напряженность суммарного поля внутри проводника станет равной нулю, а на поверхности линии напряженности перпендикулярны ей.

Таким образом, незаряженный проводник изменяет картину линий напряженности электростатического поля: часть линий разрывается, они заканчиваются на отрицательных индукционных зарядах и начинаются вновь на положительных. Если проводник не сплошной, а полый или изготовлен из сетки, то индукционные заряды распределяются по его внешней поверхности, а в ограниченной проводником полости напряженность поля равна нулю. Это явление используется для экранирования приборов от внешних электрических полей. Прибор окружается металлическим кожухом (экраном), который может иметь вид сплошной коробки или содержать прорези, отверстия для вентиляции. Экран обеспечивает защиту прибора от влияния внешних электрических полей.