Где сосредоточен электрический заряд проводника
Если к проводнику приблизить внешний неподвижный электрический заряд, то свободные заряды внутри проводника переместятся к части, ближайшей к влияющему заряженному телу. На другой части сосредотачиваются заряды, противоположные по знаку влияющему заряду. Это явление носит название электростатической индукции или электризации влиянием.
Рис. 1. Проводник в поле положительно заряженного заряда
В металлах носителями зарядов являются «свободные» электроны. В атомах металлов внешние электроны слабо связаны с атомами и могут перемещаться внутри металла. Обычно на каждый атом кристаллической решетки приходится один «свободный» электрон. При помещении металла в электростатическое поле, электроны будут перемещаться в направлении, противоположном напряженности внешнего поля. На поверхности металла появляется избыточный отрицательный заряд, а на поверхности — положительный заряд.
Рис. 2. Электростатическая индукция — электризация влиянием
Полное электрическое поле складывается в соответствии с принципом суперпозиции из внешнего поля и внутреннего поля создаваемого заряженными частицами вещества. Индукционные заряды создают свое собственное поле которое компенсирует внешнее поле во всем объеме проводника: внутри проводника.
Наличие в проводнике свободных зарядов приводит к тому, что внутри проводника электростатического поля нет, а заряды, возникающие на поверхности, создают электрическое поле, компенсирующее внешнее поле внутри проводника.
Напряженность электростатического поля внутри проводника равняется нулю.
Если внутри проводника имеется полость, то в ней напряженность электростатического поля также равна нулю. На этом основана электростатическая защита приборов от электростатических зарядов — чувствительные к электрическому полю приборы для исключения влияния поля помещают в металлические ящики.
Рис. 3. Электростатическая защита. Поле в металлической полости равно нулю
Электростатическую защиту используют и для людей, работающих в сильном электростатическом поле. В этом случае металлической сеткой окружают пространство, в котором работают люди.
Явление электростатической индукции или электризации влиянием можно продемонстрировать при помощи двух электроскопов и , шарики которых заменены на цилиндры. Если привести металлические цилиндры в соприкосновение в поле внешнего неподвижного заряда, а затем развести в стороны, то замечается расхождение листочков электроскопов. При этом углы расхождения электроскопов равны. Удаляем внешний заряд и соединяем электроскопы А и В. Листочки обоих электроскопов сходятся, следовательно заряды были равны по величине и противоположны по знаку.
Модель 1. Электризация влиянием
Электрический заряд проводников.
Внутри проводника напряженность электростатического поля равна нулю. Равен нулю и заряд. Весь статический заряд проводника сосредоточен на его поверхности. Так как поверхность проводника является эквипотенциальной, силовые линии у поверхности перпендикулярны к ней.
Где сосредоточен электрический заряд проводника
Характерным свойством проводников является наличие свободных электрических зарядов. В металлах носителями свободных зарядов являются электроны. При образовании металла из нейтральных атомов 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 положительно заряженные ионы оказываются окруженными отрицательно заряженным «газом», образованным коллективизированными электронами. Этот газ заполняет промежутки между ионами и стягивает их кулоновскими силами. Свободные электроны участвуют в тепловом движении подобно молекулам газа и могут перемещаться по металлу в любом направлении.
Если бы внутри однородного проводника существовало электрическое поле, то оно привело бы в движение свободные электроны. В проводнике возник бы электрический ток, и равновесие зарядов было бы невозможно. Для равновесия необходимо, чтобы напряженность поля обращалась в нуль во всех точках проводника, то есть . А, следовательно, потенциал внутри проводника должен быть постоянным: .
В случае равновесия зарядов не только поле внутри проводника равно нулю, равен нулю и заряд. Весь статический заряд проводника сосредоточен на его поверхности. Это подтверждается и теоремой Гаусса. Поток напряженности через любую замкнутую поверхность внутри проводника равен нулю, так как равна нулю напряженность поля. Следовательно, и заряд внутри этой поверхности равен нулю.
Подчеркнем, что весь заряд сосредоточен на поверхности проводника только благодаря тому, что напряженность поля убывает по мере удаления от заряда как . При любой другой зависимости напряженности от расстояния теорема Гаусса не выполнялась бы, и заряд внутри проводника был бы отличен от нуля.
Проводники в электростатическом поле. Электростатическая защита.
Презентация к уроку в 10-ом классе по новой программе для урока по теме: «Проводники в электростатическом поле. Электростатическая защита. «. Материал создан согласно программе по физике под руководством Локтева В. М. , уровень стандарта.
Перегляд файлу