2.1.4. Лекция 4. Проводники в электрическом поле.

План:

4.1. Проводники и их классификация. Поле внутри проводника и у его поверхности.

4.2. Распределение зарядов в объеме проводника и по его поверхности.

4.3. Электроемкость уединенного проводника и ее физический смысл.

4.4. Конденсаторы и их емкость. Емкость плоского конденсатора.

Проводники в электрическом поле

Проводники – вещества, имеющие свободные электрические заряды и хорошо проводящие электрический ток.

К проводникам относятся: металлы и их сплавы, графит, некоторые окислы и сернистые соединения металлов, электролиты и плазма.

Носителями зарядов в проводниках являются:

а) в металлах и их сплавах – «свободные» электроны проводимости;

б) в электролитах - положительные и отрицательные ионы;

в) в плазме - свободные электроны и ионы.

В отсутствие внешнего электрического поля заряды узлов кристаллической решетки металлических проводников скомпенсированы зарядами «свободных» электронов проводимости. Во внешнем поле на электроны проводимости действует сила

.

В результате свободные электрические заряды приходят в движение и за счет перераспределения заряды проводника создают "собственное" электрическое поле с напряженностью ^', направление которого противоположно вектору напряженности внешнего электрического поля . Движение зарядов внутри проводника будет продолжаться до тех пор, пока суммарное электрическое поле внутри проводника не станет равным нулю.

Очевидно, что перераспределение электрических зарядов в внутри проводника приведет к изменению внешнего электрического поля.

При этом нескомпенсированные электрические заряды будут находиться в тонком слое на поверхности проводника. Этот вывод непосредственно следует из теоремы Остроградского – Гаусса:

.

Так как внутри проводника результирующая напряженность поля E = 0,

.

Следовательно, внутри проводника суммарный заряд .

Используя теорему Остроградского – Гаусса легко показать, что напряженность электрического поля вблизи проводника определяется поверхностной плотностью зарядов на его поверхности

..

С этим связан тот факт, что напряженность электрического поля вблизи проводника зависит от кривизны его поверхности. Она больше там, где меньше радиус кривизны поверхности, где больше поверхностная плотность зарядов. Особенно велика на остриях, вблизи которых напряженность электрического поля достигает больших значений.

Отсутствие поля внутри проводника используется для устройства электростатической защиты приборов от влияния внешних электрических полей. С этой целью приборы помещают внутрь металлических экранов.

При соединении проводников с различными потенциалами происходит выравнивание потенциалов.

.

19.1. Проводники и их классификация

Проводники - вещества хорошо проводящие электрический ток, т.е. обладающие высокой электропроводностью ( малым удельным электросопротивлением ) -   10^-6 + 10^-4 Ом м .

К проводникам относятся: металлы и их сплавы, графит, некото­рые окислы и сернистые соединения металлов, электролиты и плазма.

Носителями зарядов в проводниках являются:

1) в металлах и их сплавах - квазисвободные электроны прово­димости;

2) в электролитах - положительные и отрицательные ионы;

3) в плазме - свободные электроны и ионы.

Все проводники можно подразделить на проводники первого и второго рода.

Проводники первого рода - металлы и их сплавы, графит, неко­торые окислы и сернистые соединения металлов.

Проводники второго рода - электролиты (растворы солей кислот и щелочей).

Отличительными особенностями проводников первого рода являют­ся:

1) электрический ток в них представляет собой - упорядоченное движение квазисвободных электронов проводимости, при этом никаких химических изменений в проводниках не происходит;

2) кристаллическое строение - последовательность правильно вложенных групп ионов, образующих пространственную кристаллическую решетку, в межузельном пространстве которой находятся квазисвобод­ные электроны проводимости.