Проводники в электрическом поле(уч.10кл.Стр.392-396)

Распределение зарядов в проводнике при отсутствии и наличии электрического поля

Понятие электростатической индукции

Определение идеального проводника

Напряженность поля внутри проводника

Линии напряженности вне и внутри проводника

Эквипотенциальность поверхности проводника

Экранирование и его физический смысл

Распределение зарядов по поверхности проводника(уч.10кл.стр.365)

Условия равновесия зарядов

Распределение зарядов по поверхности проводящих сфер

Формула заряда на поверхности сферы

Носителями свободных зарядов в металлах являются электроны. Их концентрация велика – порядка 10²⁸ м^-3.

Эти электроны участвуют в беспорядочном тепловом движении. Под действием электрического поля они начинают перемещаться упорядоченно со средней скоростью 10^-4 м/с.

Наличие сво­бодных электронов в металлах было доказано в опытах Л. И. Мандельштама и Н.Д.Папалекси (1913 г.), Б.Стю­артом и Р.Толменом (1916 г.).

На катушку наматывают проволоку, концы которой припаивают к двум металлическим дискам, изолированным друг от друга. К концам дисков при помощи скользящих контактов при­соединяют гальванометр. Катушку приводят в быстрое движение, а затем резко останавливают. После резкой остановки катушки свободные заряженные частицы некоторое время движутся относительно проводника по инерции, и, следовательно, в катушке возникает электрический ток. Ток существует незначительное время, так как из-за сопротивления проводника заряженные частицы тормозятся и упорядоченное движение частиц, обра­зующее ток прекращается.

В отрицательно заряженном проводнике избыточные электроны из-за взаимного отталкивания расходятся на максимальное расстояние, распределяясь по поверхности проводника.

В положительно заряженном проводнике свободные электроны втягиваются внутрь избыточным положительным зарядом протонов. Из-за ухода электронов с поверхности на ней остается избыточный положительный заряд.

Заряды, сообщенные проводнику, распределяются по его поверхности.

На поверхности электронейтрального проводника, помещенного во внешнее электростатическое поле, происходит перераспределение заряда, называемое электростатической индукцией.

В поле конденсатора отрицательные заряды притягиваются к положительной пластине, положительные – к отрицательной.

Эти заряды называются индуцированными.

Разделение зарядов прекращается, когда сила притяжения зарядов к пластинам будет равна силе притяжения между индуцированными зарядами.

В равновесии движение свободных зарядов прекращается, что свидетельствует об отсутствии электростатического поля внутри проводника.

Если в диэлектрике напряженность поля связанных зарядов лишь уменьшает напряженность внешнего поля, то в проводнике поле индуцированных (наведенных) зарядов полностью его компенсирует.

Идеальный проводник – проводник, в котором движение свободных зарядов возникает при сколь угодно малой напряженности электростатического поля.

Для идеального проводника E=0, следовательно его 

Заряды, сообщенные проводнику, располагаются на его поверхности.

Суммарный заряд внутренней области проводника равен нулю и не влияет на распределение зарядов на поверхности и на напряженность поля внутри проводника.

Напряженность поля внутри полости проводника будет таким же как и в сплошном проводнике (равным нулю).

Электростатическое поле внутрь проводника не проникает.

Это используется при экранировании от электростатических полей.

Экранирование электростатического поля возможно, так как наряду с силами притяжения между зарядами действуют силы отталкивания.

Экранирование гравитационного поля невозможно, так как там действуют только силы притяжения.

Напряженность тела в проводнике равна нулю, следовательно равна нулю и работа по перемещению заряда. При таком перемещении заряда потенциал во всех точках проводника одинаков.

A_q = q(₁ - ₂) = 0

Поверхность проводника – эквипотенциальная поверхность.

Линии напряженности электростатического поля перпендикулярны поверхности проводника.

Рассмотрим распределение заряда на двух заряженных сферах, соединенных проводящей перемычкой.

Равновесие зарядов установится тогда, когда сила, действующая на заряды в перемычке, будет равна нулю, т.е. будет равна нулю напряженность поля в ней.

При этом разность потенциалов между сферами так же будет равна нулю.

₁ = ₂ = =

(уравнение потенциала поля точечного заряда и заряженной сферы)

Q₁ + Q₂ = q₁ + q₂

(закон сохранения заряда)

Из уравнения потенциалов и закона сохранения заряда получаем, что

заряд на сфере пропорционален ее радиусу.

q₂ = R₂

Напряженность поля в непосредственной близости от сфер:

E₁ = =

E₁ = =

Чем меньше радиус кривизны поверхности, тем больше напряженность поля вблизи нее.