4.2. Проводник во внешнем электрическом поле. Электростатическая защита приборов

Внесем нейтральный проводник в электрическое поле, изображенное с помощью пунктирных силовых линий (рис. 4.3).

Под действием внешнего поля электроны проводника смещаются в направлении, противоположном вектору . В результате на одной стороне проводника возникает отрицательный заряд, а на другой - положительный, вызванный недостатком электронов.

Описанное выше явление перераспределения свободного заряда на проводнике во внешнем электрическом поле называется электростатической индукцией. Наведенные на поверхности проводниказаряды противоположного знака называют индуцированными.Поле этих зарядов направлено против внешнего.

Перераспределение заряда будет происходить до тех пор, пока не будут выполнены условия равновесия:внутри проводника напряженность поля станет равной нулю, а линии напряженности снаружи искривятся и станут перпендикулярными к его поверхности. Следовательно, нейтральный проводник, внесенный в электрическое поле, разрывает часть линий напряженности - они заканчиваются на отрицательных индуцированных зарядах и вновь начинаются на положительных (рис. 4.3).

Индуцированные заряды распределяются только по внешней поверхности проводника. Если внутри проводника имеется полость, то при равновесном распределении индуцированных зарядов поле внутри нее также будет обращаться в нуль. На этом основана электростатическая защита приборов. Например, для защиты прибора от воздействия внешних электрических полей его корпус делают из хорошо проводящего ток металла. Экран можно сделать не сплошным, а в виде густой сетки.

4.3. Электроемкость уединенных проводников

Согласно (4.3) увеличение заряда на проводнике приводит к увеличению напряженности электрического поля в окружающем пространстве. Соответственно возрастает и работа переноса заряда из бесконечности в данную точку поверхности проводника, т.е. потенциал проводника. Таким образом, между зарядом проводника и потенциалом электрического поля, порожденного этим зарядом, существует прямая пропорциональная зависимость:

. (4.4)

Коэффициент пропорциональности С называют электроёмкостью проводника. Из (4.4) следует, что

(4.5)

Согласно соотношению (4.5) за единицу электроемкости принимают емкость такого проводника, потенциал которого изменяется на 1 В при сообщении ему заряда в 1 Кл. Эта единица электроемкости называется Фарад .

Фарад - большая величина, такой емкостью обладал бы уединенный шар радиусом 910⁹м. Емкость земного шара равна 710^-4Ф. На практике пользуются меньшими величинами: микрофарад (1мкФ=10^-6Ф), нанофарад (1нФ = 10^-9Ф), пикофарад (1пФ=10^-12Ф).

Выясним от чего зависит электроемкость проводника. Рассмотрим уединенный проводящий заряженный шар радиусом R, помещенный в диэлектрик с диэлектрической проницаемостью (рис. 4.4). Потенциал в любой точке А поля, отстоящей на расстоянииrот центра шара, определяется выражением

(4.6)

Потенциал точек, расположенных на поверхности шара, найдем положив в (4.6) r = R:

(4.7)

Выразим из (4.7) заряд шара:

. (4.8)

Сравнивая (4.8) и (4.4), получаем выражение для емкости шара

. (4.9)

Анализ показывает, что электроемкость любого тела зависит от его геометрической формы, размеров и свойств окружающей среды (определяющим является значение диэлектрической проницаемости среды).