Электрическое поле проводников

План

1. Распределение свободных зарядов в проводнике. Электрическое поле внутри проводника и у его поверхности.

2. Электростатическая защита.

3. Электроемкость уединенного проводника, системы проводников, плоского конденсатора.

4. Энергия системы точечных зарядов, заряженного проводника и конденсатора.

5. Энергия электростатического поля. Объемная плотность энергии электростатического поля.

1. Распределение свободных зарядов в проводнике. В заряженном проводнике избыточные зарядырасполагаются на его поверхности вследствие кулоновского отталкивания. Одноименные заряды отталкиваются и стремятся расположиться как можно дальше друг от друга.

Как показывает опыт, распределение зарядов по поверхности проводника не равномерно и существенно зависит от формы его поверхности. Плотность зарядов невелика там, где кривизна незначительна или даже отрицательна. Для случая электростатики напряженность электрического поля внутри проводника равна нулю (), иначе заряды в проводнике перемещались бы под действием сколь угодно малого поля, а это уже электрический ток. Это означает, что потенциал внутри проводника должен быть постоянным. (). Следовательно, в случае равновесия зарядов поверхность проводника должна быть эквипотенциальной.На поверхности проводника напряженность поля должна быть направлена перпендикулярно (иначе вдоль поверхности потечет ток).

Электрические заряды располагаются на поверхности проводника с некоторой плотностью , создают вне проводника электрическое поле. Представим небольшую цилиндрическую поверхность, образованную нормалями к поверхности проводника и достаточно малыми основаниями , одно из которых располагается внутри, а другое вне проводника (рис. 19.1). Поток вектора электрического смещения через внутреннюю часть поверхности равен нулю, так как внутри проводника , а значит .

Рис. 19.1

Вне проводника в непосредственной близости к нему напряженность направлена по нормали к поверхности , а значит . Теорема Гаусса для вектора (над поверхностью проводника может быть диэлектрик)

где ; тогда . Так как , получаем , откуда:

Напряженность электрического поля вблизи поверхности проводника пропорциональна поверхностной плотности заряда .

Вблизи выпуклых частей тел поле может быть настолько большим, что происходит ионизация окружающего атмосферного воздуха и коронный разряд.

Дата добавления: 2014-01-11