Проводники в электростатическом поле. Электростатическое экранирование

При внесений проводника в электростатическое поле под действием сил поля по проводнику начнут двигаться заряды (электроны). В результате такого перемещения на поверхности проводника, обращенной к положительным источникам электрического поля, будет скапливаться (индуцироваться) отрицательный заряд, на противоположной – положительный (рис. 4).

Рисунок 4 – Проводник в электрическом поле

Эти индуцированные заряда образуют внутри проводника собственное электрическое поле , которое направлено против внешнего поляи ослабляет его. Движение свободных зарядов будет происходить до тех пор, пока поле индуцированных зарядовне скомпенсирует поле. Из изложенного следует, что напряженность поля во всех внутренних точках проводника равна нулю и согласно выражения (8) объемная плотность заряда в этих точках также равна нулю и существует лишь заряды на внешней поверхности проводника. Если мы теперь удалим внутренний объем проводника и оставим лишь тонкую поверхность, то в объеме, ограниченном этой поверхностью электрическое поле будет отсутствовать.

Однако заряды, находящиеся внутри объема, ограниченного проводящей поверхностью, создадут поле и вне этого объема, т.к.

Для того, чтобы заряды на поверхности проводящего объема не создавали электрическое поле их необходимо отвести на землю, т.е. проводящую поверхность необходимо заземлить (рис.5).

Выводы. Таким образом, если проводящая поверхность ограничивает собой некоторый объем, свободный от зарядов, то напряженность поля во всех точках этого объема равна нулю, независимо от распределения зарядов вне этого объема. Это явление используется в технике для создания электростатических экранов.

Рисунок 5 – Электростатическое экранирование

Диэлектрики в электростатическом поле

Важнейшей отличительной чертой диэлектриков является отсутствие в них свободах зарядов, которые способны перемещаться и переносить электрический ток. Часть твердых тел, а также все жидкие и газообразные диэлектрики имеют молекулярную структуру. На большом расстоянии от молекулы ее можно приближенно рассматривать как совокупность двух точечных зарядов, равных по модулю и противоположных по знаку, находящихся на некотором расстоянии друг от друга. Такую модель молекулы называютэлектрическим диполем.

Рисунок 6 – Диэлектрик в электростатическом поле

Поместим диэлектрик в электрическое поле. Со стороны электрического поля на каждый диполь будет действовать две силы одинаковые по модулю и противоположные по направлению. Они создадут момент силы, стремящейся повернуть диполь так, чтобы его ось была направлена по направлению вектора(рис. 6).

Положительные заряды сместятся при этом в направлении электрического поля, а отрицательные в противоположном направлении. Это явление получило название электрической поляризации. Внутри диэлектрика положительные и отрицательные заряды диполя компенсируют друг друга и суммарный электрический заряд равен нулю. Связанный электрический заряд создает внутреннее электрическое поле , направленное в диэлектрике против внешнего поля. В результате чего результирующее поле внутри диэлектрика ослабляется. Степень ослабления зависит от свойства среды, т.е. от относительной диэлектрической проницаемости среды.

Выводы. Ослабление электростатического поля диэлектриками может быть использовано в технике для создания диэлектрических экранов. Для экранов необходимо использовать диэлектрики с большой диэлектрической проницаемостью.