В проводнике есть свободные заряженные частицы. Если поместить проводник во внешнее электростатическое поле, эти частицы начинают смещаться под действием поля.
Смещение продолжается не бесконечно: заряды перераспределяются так, чтобы поле, созданное ими внутри проводника, скомпенсировало внешнее поле. После этого наступает электростатическое равновесие.
Условие равновесия зарядов
Электростатическое равновесие зарядов в проводнике - состояние, при котором свободные заряды уже не движутся направленно.
Главное условие равновесия:
внутри проводника.
Если бы внутри проводника оставалось ненулевое поле, на свободные заряды действовала бы сила, и они продолжали бы двигаться. Значит, в электростатике результирующая напряжённость внутри проводника должна быть равна нулю.
Где располагается заряд
При равновесии нескомпенсированные заряды проводника располагаются на его поверхности.
Внутри проводника избыточного заряда нет: если бы он оставался в объёме, он создавал бы электрическое поле внутри проводника, а это нарушило бы условие .
Когда нейтральный проводник помещают во внешнее поле, полный заряд проводника может оставаться равным нулю, но внутри него происходит разделение зарядов:
- на одной стороне поверхности появляется избыток отрицательного заряда;
- на другой стороне поверхности появляется избыток положительного заряда;
- поле этих наведённых зарядов внутри проводника направлено против внешнего поля.
Такое перераспределение зарядов называют электростатической индукцией.
Потенциал проводника
Внутри и на поверхности проводника при электростатическом равновесии потенциал одинаков:
Это означает, что все точки проводника принадлежат одной эквипотенциальной области.
Если бы потенциал в разных точках проводника был разным, между ними возникла бы разность потенциалов, электрическое поле совершало бы работу по перемещению зарядов, и заряды снова начали бы двигаться. Но в равновесии направленного движения зарядов нет.
Поле у поверхности
Поверхность проводника при равновесии является эквипотенциальной поверхностью. Поэтому линии напряжённости внешнего электростатического поля подходят к поверхности проводника перпендикулярно.
Если бы у поверхности была касательная составляющая поля, она двигала бы свободные заряды вдоль поверхности. Тогда равновесие ещё не было бы достигнуто.
Коротко
- В проводнике есть свободные заряды, которые могут перераспределяться.
- В электростатическом равновесии внутри проводника .
- Избыточный заряд проводника располагается на поверхности.
- Внутри и на поверхности проводника .
- Поле у поверхности проводника направлено перпендикулярно поверхности.