Поле всередині провідника

Перше загальне властивість провідників в електростатичному полі полягає в тому, що напруженість поля усередині провідника всюди дорівнює нулю.

Доведемо від противного, як в математиці. Припустимо, що в якійсь області провідника є електричне поле. Тоді під дією цього поля вільні заряди провідника почнуть спрямований рух. Виникне електричний струм – а це суперечить тому, що ми знаходимося в електростатики.

Звичайно, таке міркування не залишає відчуття задоволеності. Хотілося б зрозуміти, чому обнуляється поле всередині провідника. Давайте спробуєм.

Розглянемо незаряджений проводить куля, поміщений у зовнішнє електростатичне поле E. Для простоти вважаємо це поле однорідним, але наші міркування залишаться вірними і в загальному випадку.

Під дією електричного поля E вільні електрони нашої кулі скупчуються в лівому його півкулі, яке заряджається негативно. Праворуч залишається нескомпенсованого-ний позитивний заряд. Виникнення цих зарядів, як ви пам’ятаєте, називається електростатичної індукцією: заряди на поверхні провідника індукуються (т. Е. Наводяться) зовнішнім електростатичним полем. Підкреслимо ще раз, що відбувається реальне розділення зарядів: якщо зараз розпиляти куля по діаметру у вертикальній площині, то вийдуть два різнойменно заряджених півкулі. Перешикування вільних зарядів кулі продовжується до тих пір, поки поле Ei не компенсує повністю зовнішнє поле E у всій області всередині кулі. При настанні цього моменту (а настає він майже миттєво) результуюче поле всередині кулі стане рівним нулю, подальший рух зарядів припиниться, і вони остаточно займуть свої фіксовані статичні положення на поверхні кулі.

А що буде в області зовні кулі? Поле Ei і тут належиться на зовнішнє поле E, спотворюючи його тим сильніше, чим ближче до кулі розташована точка спостереження. На великих відстанях від кулі зовнішнє поле майже не зміниться. У результаті картина ліній напруженості матиме приблизно такий вигляд (рис. 3.24). Дотепер наші міркування ставилися до нагоди незарядженого провідника. Що зміниться, якщо провіднику, поміщені в електростатичне поле, повідомити вдобавок деякий заряд q?

Легко зрозуміти, що результуюче поле усередині провідника все одно виявиться рівним нулю. Справді, заряд q почне перерозподілятися по поверхні провідника таким чином, що поле Ei цього заряду усередині провідника буде направлено проти зовнішнього електростатичного поля E. Перерозподіл буде тривати до тих пір, поки обидва поля E і Ei не компенсують один одного у всій внутрішній області провідника.

Таким чином, поле всередині провідника дорівнює нулю незалежно від того, заряджений провідник чи ні. Будь провідник, поміщений в електростатичне поле, як би «виштовхує» зовнішнє поле зі своєї внутрішньої області.

Посилання на основну публікацію