3. Распределение зарядов в проводнике

Поверхность проводника является эквипотенциальной поверхностью и внутри проводника напряженность поля равна нулю. Поэтому удаление вещества из некоторого объема, взятого внутри проводника, никак не отразится на равновесном расположении зарядов. Таким образом, избыточный заряд распределяется на полом проводнике так же, как и на сплошном, т.е. на его наружной поверхности.

Этот вывод был наглядно продемонстрирован Майклом Фарадеем и остался в истории как «Клетка Фарадея». Большая деревянная клетка была оклеена листами станиоля (оловянной бумагой), изолирована от земли и сильно заряжена при помощи электрической машины. В клетку помещался сам Фарадей с очень чувствительным электроскопом. Несмотря на то, что с внешней поверхности клетки при приближении к ней тел, соединенных с Землей, вылетали искры, указывая этим на большую разность потенциалов, между клеткой и землей, электроскоп внутри клетки не показывал никакого отклонения.

При заряжении любого проводника заряды распределяются в нем так, что электрическое поле внутри него исчезает, и разность потенциалов между любыми точками обращается в нуль.

Рассмотрим размещение зарядов на проводнике в следующем случае. Зарядим полый проводник, например полый изолированный шар, имеющий небольшое отверстие. Возьмем маленькую металлическую пластинку, укрепленную на изолирующей ручке, коснемся ею какого-либо места внешней поверхности шара и затем приведем в соприкосновение с электроскопом. Листочки электроскопа разойдутся на некоторый угол, указывая этим, что пробная пластинка при соприкосновении с шаром зарядилась. Если мы коснемся пробной пластинкой внутренней поверхности шара, то пластинка будет оставаться вовсе незаряженной, как бы сильно ни был заряжен шар. «Почерпнуть» заряды можно только с внешней поверхности проводника, а с внутренней это оказывается невозможным. Более того, если мы предварительно зарядим пробную пластинку и коснемся ею внутренней поверхности проводника, то весь заряд перейдет на этот проводник. Это происходит независимо от того, какой заряд уже имелся на проводнике. Переданный заряд также перейдет на внешнюю поверхность проводника.

4. Электростатическая защита

Итак, в состоянии равновесия заряды распределяются только на внешней поверхности проводника. Вся поверхность проводника, как внешняя, так и внутренняя, есть поверхность одного потенциала. Таким образом, проводящая поверхность вполне защищает область, которую она окружает (например, измерительные приборы), от действия электрического поля, созданного зарядами, расположенными на этой поверхности или вне её. Силовые линии внешнего поля оканчиваются на этой поверхности, и внутренняя полость оказывается свободной от поля. Поэтому такие металлические поверхности называются электростатическими защитами. Даже поверхность, сделанная из металлической сетки, может служить защитой, если только сетка достаточно густа. Она является эффективной не только для защиты от постоянных, но и переменных электрических полей.