Провідники в електричному полі
Провідниками називаються речовини, в яких є значна кількість вільних зарядів, тобто таких зарядів, які можуть без витрати енергії переміщатися по всьому провіднику. Це метали, електроліти та іонізовані гази. У металах вільними зарядами є електрони, які переміщаються між вузлами кристалічної решітки, утвореної іонами металу. Ці вільні електрони утворюють так званий електронний газ. Вони беруть участь в тепловому русі подібно молекулам газу і можуть переміщатися по всьому об’єму металу. Усередині заряджених провідників відсутня електростатичне поле, тому що в противному випадку вільні заряди рухалися б під дією сил цього поля.
Відсутність електростатичного поля всередині провідника призводить до того, що нескомпенсовані заряди можуть розміщуватися тільки на його поверхні.
Помістимо незаряджений провідник в однорідне електростатичне поле. Під дією сил поля вільні електрони в провіднику будуть переміщатися в напрямку, протилежному зовнішньому полю, і накопичуватися на поверхнях провідника, створюючи електростатичне поле, спрямоване назустріч зовнішньому полю. Переміщення електронів буде відбуватися доти, поки зовнішнє електростатичне полі не скомпенсіруют полем, які виникають всередині провідника (рис. 1). Помістимо на два однакових електрометрії замість кульок два однакових металевих циліндра А і В (рис. 2) і наведемо їх підстави в зіткнення. Заземлені корпуси обох електрометрів. Піднесемо до провідника В, не торкаючись його, позитивно заряджений кульку С. Стрілки обох електрометрів відхиляються на один і той же кут. Приберемо кулька С, стрілки покажуть “0”. Поле відсутнє, заряди знову розподіляються рівномірно. Проведемо інший досвід, аналогічний першому досвіду, але тепер циліндри розділимо в присутності кульки С, а потім вже приберемо і сам кульку С. У цьому випадку стрілки електрометрів вже не будуть на нулі. За допомогою позитивно зарядженої скляної палички можна довести, що циліндр А заряджений позитивно, а циліндр В – негативно. Такий спосіб електризації тіл називається електризацією через вплив. Наведемо тепер циліндри в зіткнення, заряди нейтралізуються, стрілки електрометрів знову на нулі.
Незаряджений провідник можна наелектризована шляхом дотику з іншим зарядженим провідником.
Яким би способом не був заряджений провідник, всередині нього поле відсутнє. Це дозволяє використовувати заземлення порожнисті провідники із суцільними або сітчастими стінками для електростатичного захисту від зовнішніх електростатичних полів. Так, наприклад, електрометрії поміщають в металевий футляр для того, щоб індуковані на ньому зовнішніми електричними полями заряди спотворювали його свідчень. Для захисту військових складів, службовців для зберігання вибухових речовин, від удару блискавки їх оточують заземленою дротяною сіткою.
Як було зазначено вище, заряди розподіляються тільки на поверхні провідника. Поверхнева щільність розподілу залежить від кривизни поверхні і більше там, де кривизна поверхні більше. За допомогою електрометра і маленької кульки С (рис. 4) можна показати, що заряди розподілені на поверхні кулі М рівномірно (стрілка електрометра весь час відхилена на одне і те ж число поділок).
Таким же способом можна переконатися, що всередині провідника поле відсутнє.
У різних точках поверхні циліндричного провідника з конічним виступом на одному підставі і такий же западиною на іншому напруженість поля і поверхнева щільність заряду неоднакові. Це можна показати за допомогою однакових паперових електроскопом, прикріплених до різних точок провідника. Кут розбіжності листочків пропорційний поверхневої густини заряду () в тій частині провідника, з якою стикається електроскоп. Максимальне значення щільності заряду на вістрі, менше – на бічній поверхні і мінімальне (рівне нулю) – у западині. Таким чином, чим більше кривизна поверхні провідника, тим більші значення мають поверхнева щільність заряду і напруженість поля (рис. 5).
Напруженість електростатичного поля близько вістря зарядженого провідника може бути настільки великою, що викликає іонізацію молекул повітря. Іони, заряджені однойменно з вістрям, відштовхуються від нього, утворюючи так званий електричний вітер, здатний відхилити полум’я свічки. Іони протилежного знака притягуються до провідника, швидко розряджаючи його.
Якщо електрометрії заземлити, то він буде вимірювати потенціал провідника відносно Землі. За допомогою такого електрометрії можна показати, що потенціал у всіх точках поверхні провідника будь-якої форми однаковий.
Таким чином, досліди показують, що:
Індуковані заряди, як і надлишкові, розподіляються на поверхні провідника;
щільність розподілу цих зарядів залежить від кривизни поверхні і більше там, де кривизна поверхні більше;
напруженість поля всередині провідника дорівнює нулю;
потенціал поля у всіх точках провідника однаковий і дорівнює потенціалу на його поверхні;
індуковані заряди можна розділити.
(2 votes, average: 2.50 out of 5)