Применение теоремы Гаусса

Электростатическое поле	схема	пояснения	напряженность	примечания
Бесконечной равномерно заряженной плоскости		σ – поверхностная плотность заряда σ - постоянна		Е  не зависит от расстояния до плоскости
Вне шара, равномерно заряженного по поверхности или объему		Шар создает во внешнем пространстве такое поле, как если бы  весь заряд был сосредоточен в его центре		Напряженность одинакова, независимо от того, заряжен ли шар по объему или по поверхности
Внутри шара, равномерно заряженного по поверхности или объему		ρ – объемная плотность заряда		Шар равномерно заряжен по поверхности
				Шар равномерно заряжен по объему
Двух параллельных разноименно и равномерно заряженных плоскостей		Поверхностные плотности зарядов на обеих плоскостях одинаковы	Внутри конденсатора	Во внешнем пространстве результирующее поле равно 0

Проводники в электростатическом поле

В проводниках, к которым в первую очередь относятся металлы, имеются заряженные частицы, способные пе­ремещаться внутри проводника под влиянием электрического поля. По этой причине заряды этих частиц называют свобод­ными зарядами.

Наличие в про­воднике свободных зарядов приводит к тому, что внутри проводника электростатического поля нет. Если бы напряженность электриче­ского поля была отлична от нуля, то поле приводило бы свободные заряды в упорядоченное движение, т. е. в проводнике существовал бы электрический ток. Утверждение об отсутствии электростатиче­ского поля внутри проводника справедливо как для заряженного проводника, так и для незаряженного, помещенного во внешнее электростатическое поле. На этом факте (отсутствие электростатического поля внутри проводника) основана так называемая электростати­ческая защита. Чтобы защитить чувст­вительные к электрическому полю при­боры, их помещают в металлические ящики.

В этом состоит явление электростатической индукции. Весь статический заряд проводника сосредоточен на его поверхности.

В металлах носителями свободных зарядов являются электроны. При образовании металла его нейтральные атомы начинают взаи­модействовать друг с другом. Благодаря этому взаимодействию электроны внешних оболочек атомов полностью утрачивают связи со свои­ми атомами и становятся «собственностью» всего проводника в целом. В результате образовавшиеся положительно заряженные ионы оказываются окруженными отрицательно заряженным «газом», об­разованным коллективизированными электронами. Сво­бодные электроны участвуют в тепловом движении и могут пере­мещаться по куску металла в любом направлении.

Работа электростатического поля при перемещении заряда. Разность потенциалов

Электростатическое поле потенциально, и лю­бая заряженная частица в нем обладает потенци­альной энергией.  Если работа не зависит от формы траектории, то она равна изменению потенциальной энергии, взятому с противоположным знаком:

,

потенциальная энергия в однородном электростатическом поле равна:

  Эта энергия пропорциональна заряду частицы W ~ q, а значит, отношение не зависит от заряда и может рассматриваться в ка­честве энергетической характеристики поля. Она получила название потенциала: .

Потенциалом электрического поля называют отношение потенциальной энергии заряда в поле к этому заряду.

Значение   потенциала,    как   и   потенциальной энергии, зависит от выбора нулевого уровня. Ина­че обстоит дело с разностью потенциалов (поэтому именно она и выбрана за характеристику электро­статического поля). Разность потенциалов в двух точках связана с работой, которую необходимо со­вершить для перемещения заряженной частицы из одной точки в другую:

Потенциал поля в произвольной точке определяется как алгебраическая сумма потенциалов, создаваемых отдельными точечными зарядами.

Разность потенциалов называют напряжени­ем. Напряжение между двумя точ­ками равно 1 В (вольт), если при переносе заряда 1 Кл из одной точки в другую совершена работа в 1Дж.