|
Херсонський державний технічний університет Кафедра загальної та прикладної фізики |
ЕЛЕКТРИКА І МАГНЕТИЗМ Лекція 3.3. ЕЛЕКТРИЧНЕ ПОЛЕ В РЕЧОВИНІ |
|
|
|
|---|---|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.3.
ЕЛЕКТРИЧНЕ ПОЛЕ В РЕЧОВИНІ-
Провідники в стаціонарному електричному полі
П
ровідники
відрізняються від ізоляторів (або
діелектриків) тим, що мають вільні рухомі
заряди у помітній кількості. Ці заряди
можуть пересуватися у провідникові під
дією зовнішнього електричного поля.
Якщо провідник помістити в зовнішнє
електричне поле, то ці вільні заряди
починають пересуватися в просторі і це
пересування закінчується тоді, коли
система вільних та нерухомих зарядів
в провідникові дійде рівноваги.
Вільні заряди в рівноважному стані рівномірно розподілені на поверхні провідника, який перебуває в електричному полі. Поверхня провідника, зрозуміло, є еквіпотенційною поверхнею, тобто всі точки поверхні мають однаковий потенціал. Якби це було не так, на поверхні відбувався б рух вільних зарядів (від місць з вищим потенціалом до місць, де він нижчий). Проте, такий рух несумісний з рівноважним станом системи, отже його немає, тобто всі точки поверхні провідника мають однаковий потенціал.
Силові лінії електростатичного поля починаються на позитивних зарядах, а закінчуються на негативних. Якщо вільними носіями заряду в металах є негативно заряджені електрони, і в рівновазі частина з них рівномірно розподілена на поверхні провідника, то це означає, що силові лінії зовнішнього електростатичного поля закінчуються на поверхні металу (провідника) і не проходять за межі поверхні, у метал (Мал.3.3.1). Тобто у випадку провідника, силові лінії закінчуються на індукованих зарядах. Окрім того, силові лінії електричного поля завжди нормальні до поверхні металу. Отже, якщо у провіднику є порожнина, то при рівноважному розподіленні індукованих зарядів поле всередині неї буде дорівнювати нулю. У просторі, обмеженому з усіх сторін металевою поверхнею, електричного поля немає, воно відсутнє, незалежно від того чи є у цьому обмеженому просторі речовина, чи немає. На цьому базується електростатичний захист, коли деякий прилад (особливо чутливий вимірювальний) необхідно захистити від зовнішніх електростатичних полів.
Додамо декілька фактів. При дослідженні розподілу зарядів на провіднику складної форми, виявилося, що поверхнева густина заряду різна в різних точках поверхні: вона дорівнює нулю в заглибленнях, приймає найбільше значення на вістрях, має проміжкові значення в точках бокових поверхонь. Отже і напруженість поля у провідників складної форми також неоднакова. Вона особливо велика біля ділянок із малими радіусами кривизни. Тому напруженість поля поблизу вістря може сягати настільки великих значень, що може відбуватися іонізація молекул газу, який оточує провідник. Іони газу протилежного до знаку заряду в речовині вістря притягуються до провідника та нейтралізують його заряд. А іони того ж знаку, що знак заряду провідника, починають рухатися від провідника і захоплюють з собою нейтральні молекули газу. В результаті відбувається помітний рух газу, який зветься електричним вітром. Заряд провідника зменшується, він ніби-то стікає з вістря і уноситься вітром. Тому таке явище звуть стіканням заряду з вістря. Для запобігання стікання зарядів у приладів, які працюють під значними напругами, металеві частини роблять округленими, а кінці металевих стрижнів забезпечують гладкими кульками.