Проводники в электрическом поле

Различные тела, как всем известно, делятся на непроводники (диэлектрики) и проводники по их электрическим свойствам. Одной из особенностей, которую имеют проводники в электрическом поле, является то, что когда заряды находятся в равновесии на их поверхности, внутри них будет отсутствовать электрическое поле. Чем это объяснить?

Все дело в том, что проводники имеют особые электрические заряды. Так, металлы, например, являются носителями таких зарядов, как электроны, которые потеряли связь с атомами. Их называют свободными электронами.

Такие электроны в проводнике из металла, помещённом в электрополе, под воздействием сил этого поля будут передвигаться в направлении, которое будет противоположно напряжённости электрополя.

Возьмем проводник в электрическом поле ABCD, который помещён в однородное поле, с напряженностью, направленной слева направо.

На поверхности AC проводника возникает излишний отрицательный заряд, а излишний положительный - на другой DB. На данном примере мы видим, что проводники в электрическом поле электризуются. Заряды, которые появляются на поверхности проводника, создают внутри него дополнительное электрическое поле. Его силовые линии имеют противоположное направление по отношению к силовым линиям основного поля. В результате напряжённость основного поля в проводнике уменьшится, т.е. ослабится сила, которая действует на свободные электроны, а также вызывает их движение. Заряды, которые имеют проводники в электрическом поле, прекратят движение, когда напряженность результирующего поля внутри них станет равной нулю.

Итак, при равновесии зарядов на проводнике поле внутри него отсутствует. Его отсутствие может использоваться для предохранения тел от влияния внешнего электрического поля. С этой целью достаточно окружить тело тонким проводящим слоем, например, поместить его в ящик из металла. Внутри этого ящика поля не будет.

Чтобы доказать факт того, что в заряженном проводнике нет электрического поля, в своем опыте, Фарадей соорудил большую проволочною клетку, которую установил на изоляторы и подзаряжал. Находясь внутри этой клетки со сверхчувствительным электроскопом, Фарадей доказал, что внутри нее не действуют никакие электрические силы, хотя на внешней поверхности сосредоточился весьма значительный заряд. Такое явление называют электризацией посредством влияния или электростатической индукцией. Его причина - воздействие наружного электрического поля на незанятые электроны в проводнике. А заряды, которые имеют проводники в электрическом поле, называют индуктированными зарядами.

Явлением электризации через влияние объясняют притяжение между наэлектризованными и ненаэлектризованными телами, а также передачу электрического заряда при соприкосновении таких тел.

Когда наэлектризованное тело приближают к лёгкому проводнику, то на нем появляются индуктированные заряды обоих знаков. Так, заряды противоположных знаков будут притягиваться к телу, а одноименные заряды будут отталкиваться. Благодаря тому, что одноименные заряды находятся на стороне легкого проводника, более отдаленной от тела, то равнодействующей этих обеих сил является сила притяжения. Под воздействием этой силы легкий проводник притянется к телу. Во время соприкосновения их индуктированный заряд противоположного знака будет нейтрализован частью индуктирующего заряда, которая равна ему по величине. На легком же проводнике останется такого же знака заряд, какой и на теле.

Из-за того, что легкий проводник теперь имеет такой же заряд, как и тело, то он оттолкнется от него- это мы и наблюдаем на опыте.

Проводники и диэлектрики в электрическом поле имеют различные свойства. Так, диэлектрики практически не имеют свободных зарядов. При помещении их в электрополе происходит явление поляризации.