Электростатическое поле внутри проводника

Если к проводнику приблизить внешний неподвижный электрический заряд, то свободные заряды внутри проводника переместятся к части, ближайшей к влияющему заряженному телу. На другой части сосредотачиваются заряды, противоположные по знаку влияющему заряду. Это явление носит название электростатической индукции или электризации влиянием.

Рис. 1. Проводник в поле положительно заряженного заряда

В металлах носителями зарядов являются «свободные» электроны. В атомах металлов внешние электроны слабо связаны с атомами и могут перемещаться внутри металла. Обычно на каждый атом кристаллической решетки приходится один «свободный» электрон. При помещении металла в электростатическое поле, электроны будут перемещаться в направлении, противоположном напряженности внешнего поля. На поверхности AB металла появляется избыточный отрицательный заряд, а на поверхности CD — положительный заряд.

Рис. 2. Электростатическая индукция — электризация влиянием

Полное электрическое поле складывается в соответствии с принципом суперпозиции из внешнего поля и внутреннего поля создаваемого заряженными частицами вещества. Индукционные заряды создают свое собственное поле которое компенсирует внешнее поле во всем объеме проводника: внутри проводника.

Наличие в проводнике свободных зарядов приводит к тому, что внутри проводника электростатического поля нет, а заряды, возникающие на поверхности, создают электрическое поле, компенсирующее внешнее поле внутри проводника.

Напряженность электростатического поля внутри проводника равняется нулю.

Если внутри проводника имеется полость, то в ней напряженность электростатического поля также равна нулю. На этом основана электростатическая защита приборов от электростатических зарядов — чувствительные к электрическому полю приборы для исключения влияния поля помещают в металлические ящики.

Рис. 3. Электростатическая защита. Поле в металлической полости равно нулю

Электростатическую защиту используют и для людей, работающих в сильном электростатическом поле. В этом случае металлической сеткой окружают пространство, в котором работают люди.

Явление электростатической индукции или электризации влиянием можно продемонстрировать при помощи двух электроскопов A и B, шарики которых заменены на цилиндры. Если привести металлические цилиндры в соприкосновение в поле внешнего неподвижного заряда, а затем развести в стороны, то замечается расхождение листочков электроскопов. При этом углы расхождения электроскопов равны. Удаляем внешний заряд и соединяем электроскопы А и В. Листочки обоих электроскопов сходятся, следовательно заряды были равны по величине и противоположны по знаку.

Модель 1. Электризация влиянием

Электрический заряд проводников.
Внутри проводника напряженность электростатического поля равна нулю. Равен нулю и заряд. Весь статический заряд проводника сосредоточен на его поверхности. Так как поверхность проводника является эквипотенциальной, силовые линии у поверхности перпендикулярны к ней.