Общая физика. Оптика / Ответы на вопросы / Проводники в электростатическом поле

Проводники в электростатическом поле: В металлических проводниках имеются свободные электроны, кото­рые могут под действием электрического поля перемещаться по всему проводнику. Они возникают, когда металл переходит из газообразного состояния в жидкое, а затем в твердое. При конденсации металла про­исходит обобществление части валентных электронов, которые отделяются от «своих» атомов и образуют электронный газ в ме­талле. Электрические свойства проводников в условиях электростатики определяются по­ведением электронов проводимости во внешнем электростатическом поле. В отсут­ствие внешнего поля электрические поля электронов проводимости и «атомных остат­ков» – положительных ионов металла – взаимно компенсируются. Если металличе­ский проводник внесен во внешнее электро­статическое поле, то под действием этого поля электроны проводимости перераспре­деляются в проводнике таким образом, что­бы в любой точке внутри проводника электрическое поле электронов проводимости и положительных ионов скомпенсировало внешнее поле. Перераспределение зарядов в проводни­ке под влиянием внешнего электростатиче­ского поля наз. явл. электро­статической индукции. Возникающие при этом на проводни­ке заряды, численно равные друг другу, но противоположные по знакам, наз. индуцированными или наведенными зарядами.

Индуцированные заряды исчезают, как только проводник удаляется из электриче­ского поля. Для проводников в электроста­тическом поле выполняются следующие ус­ловия: а) всюду внутри проводника напряжен­ность поля Е=0, а у его поверхности Е=Е_n (E_=0); б) весь объем проводника эквипотенци­ален, т.к., в любой точке внутри проводника d/dl=–E_l=

=–Ecos(E, dl)=0; в) поверхность проводника явл. эквипотенциальной, т. к. для любой линии на этой поверхности d/dl=–E_=0; г) нескомпенсированные заряды распо­лагаются в проводнике только на его повер­хности, т. к., согласно теореме Остроградского-Гаусса, заряд q, охваты­ваемый произвольной замкнутой поверхно­стью S, проведенной внутри проводника, = 0: q= ₀EdS=0, поскольку во всех точках поверхности S, находящихся внутри проводника, напря­женность поля Е=0.

Силы, действующие на заряженные тела наз. пондермоторными силами. Поверхностная плотность f=dF/dS пондермоторных сил, действующих на заряженный проводник в вакууме, равна f=²n/(2₀)= =₀E²n/2, где  – заряд, n – вектор внешней нормали.