16

Электростатика Н. Ф. Шемяков

____________________________________________________________________________________________________________________

Лекция 3

1. Проводник в электрическом поле

К проводникам относятся все металлы, их сплавы, электролиты и плазма. В металлах носителями зарядов являются квазисвободные электроны проводимости. В электролитах  положительные и отрицательные, ионы.

В плазме  ионы и свободные электроны.

Например, кристаллическую решетку некоторых металлов образуют положительно ионы, в пространстве, между которыми хаотически движутся отрицательно заряженные электроны.

Суммарный заряд незаряженного проводника равен нулю. Концентрация электронов в 1 м³, например, меди составляет 8,510²⁸ м³.

Положительно заряженные атомные ядра и электроны возбуждают в веществе (в том числе и в проводниках) электромагнитное поле, которое изменяется сложным образом в пространстве и времени.

Такое поле называют микрополем (Е_микро). Задание микроскопических величин в каждой точке пространства и в любой момент времени дало бы истинное описание поля.

Но практически это не осуществимо, так как нет пробного заряда с зарядом меньше заряда электрона.

Внесение электрона искажает микро  поле, так как электрон сам участвует в создании этого поля.

Рис. 1

Классическая физика допускает, исходя из представлений о микрополе, возможность использования уравнения для описания макроскопических процессов в веществе (макроскопические уравнения электродинамики).

В связи с этим под электрическим полем в веществе (макрополе) понимают пространственное усреднение микрополей по физически бесконечно малому объему, содержащее большое число атомов (микрочастиц), т. е.

.

Следовательно, электрическое поле в веществе Е = Е_макро= Е_микро.

Внесем проводник во внешнее электрическое поле (рис. 1). Под действием внешнего электрического поля электроны будут перемещаться против поля, создавая избыточный отрицательный заряд на левой поверхности проводника. Справа останется избыточный положительный заряд.

Внутри проводника возникнет собственное электрическое поле _о.

Вектор напряженности собственного электрического поля _о противоположно направлен вектору напряженности внешнего электрического поля. Электроны в проводнике будут перемещаться до тех пор, пока напряженность результирующего поля не станет равной нулю(= 0, Е=Е₀).

Следовательно, при внесении проводника в электрическое поле, внутри проводника поле отсутствует, и нет избыточных зарядов.

Таким образом, влияние вещества на внешнее электрическое поле приводит к возникновению индуцированных зарядов в веществе, создаюшие дополнительное электрическое поле. Полное поле есть суперпозиция электрических полей, возбуждающими всеми первичными и индуцированными зарядами.

Явление возникновения индуцированных зарядов на поверхности проводника во внешнем электрическом поле называют электризацией через влияние или электростатической индукцией. Согласно (1.47) отсутствие поля внутри проводника означает, что потенциал в проводнике одинаков во всех его точках.

Следовательно, любой проводник в электростатическом поле представляет собой эквипотенциальный объем, а его поверхность является эквипотенциальной. Поэтому непосредственно у этой поверхности вектор напряженности электрического поля направлен по нормали к ней в каждой ее точке. На рис. 1 сплошные линии  силовые линии напряженности, пунктирные  линии пересечения эквипотенциальных поверхностей с плоскостью рисунка (линии равного потенциала).