Электрическое поле в проводниках

Проводники в электростатическом поле

Электрическое поле в проводниках

Электрическое поле может существовать не только в пустоте, но и внутри вещества, ибо электрические силы могут действовать и внутри различных тел. При этом имеется существенное различие между проводниками и диэлектриками. В проводнике имеются электрические заряды, свободно перемещающиеся под действием электрических сил. В изоляторе же движение зарядов происходить не может. Поэтому если в проводнике возникло электрическое поле, то свободные заряды проводника придут в движение под действием этого поля, т.е. через проводник потечет электрический ток.

Однако в опытах с заряжением отдельных проводников мы не наблюдаем длительного тока, т.е. заряды на проводнике после некоторого перемещения приходят в состояние равновесия. Равновесие будет достигнуто, когда заряды распределяться по проводнику таким образом, что напряженность электрического поля внутри проводника равна нулю, т.е. электрическое поле в проводнике отсутствует:

.

Отсутствие поля внутри проводника означает, согласно

,

что потенциал во всех точках внутри проводника постоянен (j= сonst), т.е. поверхность проводника в электростатическом поле является эквипотенциальной. Отсюда же следует, что вектор напряженности поля на внешней поверхности проводника направлен по нормали к каждой точке его поверхности. Если бы это было не так, то под действием касательной составляющей заряды начали бы перемещаться по поверхности проводника, что в свою очередь, противоречило бы равновесному распределению зарядов.

Если мы имеем два изолированных заряженных проводника А и В, то поверхность каждого из них должна быть эквипотенциальной поверхностью. Но между поверхностями этих двух проводников может существовать разность потенциалов. Что произойдет, если эти два проводника соединить металлической проволокой? Между концами этой проволоки будет иметься разность потенциалов, равная разности потенциалов наших проводников. Следовательно, вдоль проволоки будет действовать электрическое поле, и поэтому в ней начнется движение свободных электронов, переходящих в сторону возрастания потенциала, ибо электроны имеют отрицательный заряд. Вместе с этим движение начнется и перемещение электронов на проводниках А и В, в результате которого имевшаяся вначале разность потенциалов будет уменьшаться. Движение электронов, т.е. электрический ток в проводниках и в соединяющей их проволоке, будет продолжаться до тех пор, пока разность потенциалов между всеми точками не станет равной нулю, а поверхности обоих проводников и проволоки между ними не сделаются одной эквипотенциальной поверхностью.

Наш земной шар в целом является проводником. Поэтому поверхность Земли есть также эквипотенциальная поверхность. При построении эквипотенциальных поверхностей часто выбирают в качестве нулевой эквипотенциальной поверхности, поверхность, совпадающую с поверхностью Земли, и тогда говорят вместо «разности потенциалов», просто «потенциал» в данной точке, при этом имея в виду разность потенциалов между этой точкой и поверхностью Земли.