Взаимодействие эсп с проводящими средами.

В диэлектриках заряженные микрочастицы (электроны и ионы) связаны в молекулах и атомах вещества и способны под действием внешнего ЭСП перемещаться лишь на микрорасстояния (в пределах внутримолекулярных расстояний). В проводниках имеются свободные заряженные микрочастицы, способные под действием ЭСП перемещаться на макрорасстояния (в пределах всего образца). При приложении внешнего ЭСП, его силы, действуя в противоположных направле­ниях на свободные микрочастицы разного знака, приводят к накоплению на противоположных гра­нях образца проводника зарядов противоположного знака, создающих, как и в диэлектрике, внут­реннее ЭСП, направленное противоположно внешнему. Это явление перераспределения и разделе­ния разноименных свободных зарядов в проводнике внешним ЭСП называется электростатической индукцией. Возникшие не скомпенсированные заряды разного знака называются индуцированными.

Большая свобода перемещения заряженных микрочастиц в проводниках приводит к тому, что в стационарном состоянии, когда после включения внешнего ЭСП перемещения зарядов прекра­тились, внутреннее ЭСП сравнивается по своей силе с внешним и полностью компенсирует его. Таким образом, ЭСП внутри проводника всегда равно нулю (в стационарном, установившемся состоя­нии), иначе, наличие поля привело бы к дальнейшему перемещению зарядов, что означало бы отсутствие установившегося состояния равновесия.

Поскольку напряженность есть градиент, пространственная производная потенциала, равен­ство ее нулю означает отсутствие изменения потенциала в пространстве, или, иначе говоря, экви­потенциальность всех точек проводника. Эквипотенциальной оказывается, в частности, и поверх­ность проводника. Поскольку же в электростатическом поле силовые линии всегда пер­пен­дику­лярны эквипотенциальным поверхностям, проводник "деформирует" внешнее ЭСП так, что его силовые линии должны "входить" в проводник перпендикулярно его поверхности.

Если проводник электризовать, т. е. сообщить ему каким-либо образом избыточный (не ском­пенсированный) заряд одного знака, например, трением, облучением, нагревом, то, вследствие взаимного отталкивания избыточные одноименно заряженные микрочастицы вытолкнутся на поверх­ность образца. В установившемся, стационарном состоянии, когда все перемещения зарядов внутри проводника после его заряжения завершились, напряженность ЭСП внутри заряженного проводника должна быть равной нулю (иначе, действовала бы сила, приводящая в движение сво­бодные заряды в проводнике), а все его точки будут эквипотенциальными. Соответственно, на образце проводника силовые линии ЭСП должны быть перпендикулярны его поверхности, кото­рая является эквипотенциальной. Численное же значение напряженности ЭСП, создаваемого заря­жен­ным проводником вблизи его поверхности можно рассчитать с помощью теоремы Остроградского-Гаусса. В качестве замкнутой поверхности, через которую вычисляется поток век­тора Е здесь целе­сообразно выбрать цилиндр малой высоты, ось которого перпендикулярна к поверхности провод­ника. Т. к. силовые линии ЭСП перпендикулярны к поверхности проводника, то их поток через боковую поверхность цилиндра будет равным нулю. Нулю равен поток и через внутреннее основание цилиндра, т. к. внутри проводника = 0. Поэтому остается поток вектора Е через одно - наружное основание цилиндра, который, в соответ­ствии с теоремой Остроградского - Гаусса, равен суммарному заряду, нахо­дящемуся внутри цилин­дра:

Ф _Е = = = = = ЕS_осн = q_/_о = S_осн /_о  Е = /_о

Напряженность ЭСП заряженного проводника вблизи его поверхности определяется, как и для заряженной бесконечной плоскости, поверхностной плотностью заряда . Но у плоскости поле было в 2 раза слабее, т. к. ее силовые линии рассеивались в обе стороны, в то время как у заряжен­ного проводника в одну – наружную поверхность. Индукция D = _оЕ = .

Напряженность ЭСП вблизи поверхности заряженного проводника оказывается выше там, где больше кривизна поверхности участков его поверхности (на остриях, углах, изломах). Там происхо­дит резкое изменение направления которое требует повышенной плотности заряда, проявляю­щей себя в сгущении силовых линий ЭСП.