Проводники во внешнем электрическом поле: решение задачи

Тема: Проводники во внешнем электрическом поле Конспект для тетради: 1. Определение проводников Проводники — это вещества, содержащие свободные заряды (в металлах это свободные электроны), которые могут перемещаться по всему объему тела под действием электрического поля. 2. Электростатическая индукция При внесении нейтрального проводника во внешнее электрическое поле напряженностью \( \vec{E}_0 \), свободные электроны начинают перемещаться в сторону, противоположную вектору напряженности. В результате на одной стороне проводника накапливается избыточный отрицательный заряд, а на другой — положительный. Эти заряды называются индуцированными. 3. Поле внутри проводника Индуцированные заряды создают свое собственное внутреннее электрическое поле \( \vec{E}_i \), направленное против внешнего поля. Процесс перераспределения зарядов происходит до тех пор, пока внутреннее поле полностью не скомпенсирует внешнее. Таким образом, внутри проводника напряженность результирующего поля равна нулю: \[ \vec{E} = \vec{E}_0 + \vec{E}_i = 0 \] 4. Свойства проводника в электростатическом поле: — Напряженность поля внутри проводника равна нулю: \( E = 0 \). — Потенциал во всех точках внутри проводника и на его поверхности одинаков: \( \phi = const \). Поверхность проводника является эквипотенциальной. — Весь нескомпенсированный заряд располагается только на поверхности проводника. — Вектор напряженности \( \vec{E} \) у поверхности проводника всегда направлен перпендикулярно (по нормали) к этой поверхности. 5. Электростатическая защита Так как поле внутри проводника равно нулю, это свойство используют для защиты чувствительных приборов от внешних электрических полей. Прибор помещают внутрь замкнутой металлической оболочки (сетки). Это явление называется электростатической защитой. 6. Формула связи напряженности у поверхности с плотностью заряда: Напряженность поля вблизи поверхности проводника в вакууме прямо пропорциональна поверхностной плотности заряда \( \sigma \): \[ E = \frac{\sigma}{\varepsilon_0} \] где \( \varepsilon_0 \) — электрическая постоянная.