Проводники в электрическом поле.
Определение: Проводниками называют материалы, имеющие так называемые свободные заряды, которые могут перемещаться в объеме проводника под действием сколь угодно малого внешнего электрического поля.
Примечание: Типичным примером проводников являются металлы
П
римечание: При
помещении проводников во внешнее
электрическое поле, свободные заряды
начинают перемещаться в этом поле, если
в объем проводника был дополнительно
внесен некоторый заряд, то под действием
этого внешнего поля, этот дополнительный
заряд распределиться по поверхности
проводника.
Примечание: Таким образом, при электризации проводника сообщенный ему дополнительный заряд оказывается, распределен в области поверхности проводника. Это распределение заряда будет происходить до тех пор, пока при распределении заряда потенциал поля в любой точке проводника не станет одинаковым.
(18.1)
Отметим свойства заряженного проводника во внешнем электрическом поле.
1. Электрический потенциал в любой точке объема равен потенциалу в любой точке поверхности проводника.
2. Линии электрического поля перпендикулярны поверхности проводника.
3. При помещении заряда проводника во внешнее электрическое поле внутри объема проводника будет наблюдаться движение зарядов до тех пор, пока суммарное поле внутри объема, обусловленное внешним полем, и поле дополнительного заряда не станет равным нулю.
Примечание: Эквипотенциальные поверхности огибают проводник, помещенный во внешнее электрическое поле, а одна из них, потенциал которой равен потенциалу проводника, пересекает его.
Примечание: Для любого проводника существует только одна поверхность, потенциал которой равен потенциалу поверхности проводника.
Магнитное поле в веществе
Экспериментальные исследования показали, что все вещества в большей или меньшей степени обладают магнитными свойствами. Если два витка с токами поместить в какую-либо среду, то сила магнитного взаимодействия между токами изменяется. Этот опыт показывает, что индукция магнитного поля, создаваемого электрическими токами в веществе, отличается от индукции магнитного поля, создаваемого теми же токами в вакууме.
Физическая
величина, показывающая, во сколько
раз индукция 
магнитного
поля в
однородной среде отличается по модулю
от индукции 
магнитного
поля в вакууме, называется магнитной
проницаемостью:
|
Одним из важнейших свойств электрона является наличие у него не только электрического, но и собственного магнитного поля. Собственное магнитное поле электрона называют спиновым (spin – вращение). Электрон создает магнитное поле также и за счет орбитального движения вокруг ядра, которое можно уподобить круговому микротоку. Спиновые поля электронов и магнитные поля, обусловленные их орбитальными движениями, и определяют широкий спектр магнитных свойств веществ.
Вещества крайне разнообразны по своим магнитным свойствам. У большинства веществ эти свойства выражены слабо. Слабо-магнитные вещества делятся на две большие группы – парамагнетики и диамагнетики. Они отличаются тем, что при внесении во внешнее магнитное поле парамагнитные образцы намагничиваются так, что их собственное магнитное поле оказывается направленным по внешнему полю, а диамагнитные образцы намагничиваются против внешнего поля. Поэтому у парамагнетиков μ > 1, а у диамагнетиков μ < 1
Вещества, способные сильно намагничиваться в магнитном поле, называются ферромагнетиками.
Поле внутри проводника электрическое поле в проводнике отсутствует ( Е = 0 ), что справедливо для заряженного проводника и для незаряженного проводника, внесенного во внешнее электростатическое поле. Почему? - т.к. существует явление электростатической индукции, т.е. явление разделения зарядов в проводнике, внесенном в электростатическое поле ( Евнешнее) образованием нового электростатического поля (Евнутр.) внутри проводника. Внутри проводника оба поля ( Евнешн. и Евнутр.) компенсируют друг друга, тогда внутри проводника Е = 0.
Электростатическое поле у поверхности проводника. Как установлено выше, электростатическое поле внутри проводника равно нулю. Выясним, каково будет поле вне проводника, у его поверхности. Прежде всего ясно, что вектор напряженности нормален к поверхности проводника, поскольку она является одной из эквипотенциальных поверхностей. Абсолютная величина Е определяется
только плотностью заряда с в данном месте и, как мы покажем ниже, равна в пустоте 4Pisigma.
Действительно, в непосредственной близости от выделенного малого участка поверхности - deltaS (рис. 17) его можно считать бесконечной плоскостью.
рис.
17
Поле ее равно 2Pisigma и направлено (если sigma > 0) от участка AS в обе стороны (жирные стрелки слева). Поле, создаваемое в этом же месте остальной поверхностью, должно погашать поле участка AS внутри проводника, поэтому оно тоже должно быть равно 2Pisigma (стрелки справа). Следовательно, вне проводника обе напряженности складываются и дают 4Pisigma (в системе СИ sigma/Eо).
Мы уже ранее доказали это для частного случая проводящей пластины, т. е. параллелепипеда малой высоты . Второй пример-поле поверхностно заряженной сферы, равное на ее поверхности E==q/R2. Выражая q через поверхностную плотность заряда о, получим снова E==4Pisigma .
Еще раз подчеркнем, что это справедливо, строго говоря, только для проводника в электростатическом поле. Если поле не электростатическое, т. е. ток в проводнике не равен нулю, то должна существовать составляющая напряженности вдоль поверхности, обеспечивающая существование тока. Кроме того, в этом случае не равно нулю поле и внутри проводника - ведь для доказательства этого положения мы предполагали, что ток отсутствует.
если двум изолированным друг от друга проводникам сообщить заряды q1 и q2, то между ними возникает некоторая разность потенциалов Δφ, зависящая от величин зарядов и геометрии проводников. Разность потенциалов Δφ между двумя точками в электрическом поле часто называют напряжением и обозначают буквой U. Наибольший практический интерес представляет случай, когда заряды проводников одинаковы по модулю и противоположны по знаку: q1 = – q2 = q. В этом случае можно ввести понятие электрической емкости.