Що відбувається з тілами, якщо їх зарядити або помістити в електричному полі? Найпростіше відповісти на це питання в разі провідника.
Вільні заряди. У провідниках, до яких в першу чергу відносяться метали. є заряджені частинки, здатні переміщатися всередині провідника під впливом електричного поля. З цієї причини заряди цих частинок називають вільними зарядами.
В металах носіями вільних зарядів є електрони. При утворенні металу його нейтральні атоми починають взаємодіяти один з одним. Завдяки цьому взаємодії електрони зовнішніх оболонок атомів повністю втрачають зв'язку зі своїми атомами і стають «власністю» всього провідника в цілому. В результаті утворилися позитивно заряджені іони виявляються оточеними негативнозарядженим «газом», утвореним колективізованими електронами. Ці вільні електрони беруть участь в тепловому русі і можуть переміщатися по металу в будь-якому напрямку.
Електростатичне поле усередині провідника. Наявність в провіднику вільних зарядів призводить до того, що навіть при наявності зовнішнього електричного поля всередині провідника напруженість поля дорівнює нулю. Якби напруженість електричного поля була відмінна від нуля, то поле призводило б вільні заряди в впорядкований рух, т. Е. В провіднику існував би електричний струм. Твердження про відсутність електростатичного поля всередині провідника справедливо як для зарядженого провідника, так і для незарядженого, вміщеного у зовнішнє електростатичне поле.
На прикладі незарядженою проводить пластини (провідника), внесеної в однорідне поле, з'ясуємо, в результаті якого процесу напруженість електростатичного поля всередині провідника виявляється рівною нулю (ріс.14.15). Силові лінії поля зображені суцільними лініями.
У перший момент (при внесенні пластини в поле) виникає електричний струм. Під дією електричного поля електрони пластини починають переміщатися справа наліво. Ліва сторона пластини заряджається негативно, а права - позитивно (див. Рис. 14.15). У цьому полягає явище електростатичної індукції. (Якщо, не забираючи пластину з поля, розділити її навпіл уздовж лінії NN (див. Рис. 14.15), то обидві половини виявляться зарядженими.) З'явилися заряди створюють своє поле (лінії напруженості цього поля показані на малюнку 14.15 штриховими прямими), яке накладається на зовнішнє поле і компенсує його. За мізерно малий час заряди перерозподіляються так, що напруженість результуючого поля всередині пластини стає рівною нулю і рух зарядів припиняється.
Отже, електростатичного поля всередині провідника немає. На цьому факті заснована електростатичний захист. Щоб захистити чутливі до електричного поля прилади, їх поміщають в металеві ящики.
Силові лінії електростатичного поля поза провідника в безпосередній близькості до його поверхні перпендикулярні поверхні. Доведемо це. Припустимо, що якась силова лінія не перпендикулярна поверхні провідника (ріс.14.16). Це означає, що дотична складова вектора напруженості електричного поля не дорівнює нулю. Отже, на вільні заряди діє сила, що переміщає їх по поверхні провідника. Це переміщення відбуватиметься до тих пір, поки всі силові лінії не стануть перпендикулярними поверхні провідника.
Електричний заряд провідників. Всередині провідника при рівновазі зарядів не тільки напруженість поля дорівнює нулю, дорівнює нулю і заряд. Весь статичний заряд провідника зосереджений на його поверхні. Справді, якби всередині провідника був заряд. то поблизу заряду було б і поле. Але електростатичного поля всередині провідника немає. Отже, заряди в провіднику можуть розташовуватися тільки на його поверхні. Цей висновок справедливий як для незаряджених провідників в електричному полі, так і для заряджених.
При рівновазі зарядів електричне поле і електричний заряд всередині провідника дорівнюють нулю. Весь заряд зосереджений на поверхні провідника, а лінії напруженості електричного поля в будь-якій точці поверхні провідника перпендикулярні цій поверхні.
Планування уроків з фізики. відповіді на тести, завдання та відповіді по класам, домашнє завдання та робота з фізики для 10 класу
Якщо у вас є виправлення або пропозиції до даного уроку, напишіть нам.
Якщо ви хочете побачити інші коригування та побажання до уроків, дивіться тут - Освітній форум.