Проводники. Электростатическая индукция. Электрическая ёмкость уединённого проводника.
Проводники — это вещества, содержащие большое количество свободных носителей заряда (электронов, ионов), которые могут перемещаться по всему объёму материала под действием даже самого слабого электрического поля. (Примеры: Металлы (свободные электроны), электролиты (положительные и отрицательные ионы), ионизированные газы (плазма)).
Особенности проводников в электростатическом поле:
Напряжённость поля внутри проводника равна нулю (
)
в состоянии электростатического
равновесия.Избыточные заряды распределяются только на поверхности проводника.
Вектор напряжённости электрического поля на внешней поверхности проводника всегда перпендикулярен этой поверхности.
Потенциал ( ) во всех точках объёма и на поверхности проводника одинаков (проводник является эквипотенциальной областью).
Электростатическая Индукция
Электростатическая индукция — это явление перераспределения свободных электрических зарядов внутри проводника под действием внешнего электрического поля.
Механизм: Когда незаряженный проводник помещают во внешнее электрическое поле (
),
свободные заряды начинают двигаться:Отрицательные заряды (например, электроны) смещаются против направления .
Положительные заряды (оставшиеся ионы) смещаются по направлению .
Индуцированные заряды: В результате этого перераспределения на противоположных сторонах проводника скапливаются заряды разного знака, называемые индуцированными зарядами .
Равновесие: Перераспределение продолжается до тех пор, пока электрическое поле, созданное индуцированными зарядами (
),
полностью не скомпенсирует внешнее
поле во всех точках внутри проводника:
Электростатическая защита (экранирование): Явление, основанное на электростатической индукции. Помещение аппаратуры или области пространства внутрь проводящей (металлической) оболочки или сетки (называемой клеткой Фарадея) обеспечивает полное отсутствие внешнего электрического поля внутри этой оболочки.
Электрическая Ёмкость Уединённого Проводника
Электрическая ёмкость
(
)
— это скалярная физическая величина,
которая характеризует способность
проводника накапливать электрический
заряд.
Уединённый проводник: Это проводник, расположенный достаточно далеко от других тел, чтобы их влияние можно было пренебречь.
Определение ёмкости: Ёмкость уединённого проводника равна отношению заряда (
),
сообщённого проводнику, к потенциалу
(
),
который при этом приобрёл проводник:
Ёмкость численно равна заряду, который нужно сообщить проводнику, чтобы его потенциал стал равным единице.
Единица измерения: Фарад (Ф).
(Кулон на Вольт). Фарад — очень большая
единица, на практике используют
микрофарады (
)
и пикофарады (
).Зависимость ёмкости: Ёмкость уединённого проводника не зависит ни от заряда , ни от потенциала . Она определяется только его:
Размерами и формой.
Диэлектрической проницаемостью среды ( ), окружающей проводник.
Пример (ёмкость шара): Ёмкость уединённого металлического шара радиусом в однородной среде с диэлектрической проницаемостью равна:
где
— электрическая постоянная.