Электростатическое поле проводника

Сделать конспект и изучить раздел «Проводники в электростатическом поле. Конденсаторы.»

».по приводимому конспекту лекции или по учебнику А.А. Детлаф, Б.М. Яворский; параграфы:16.1,16,2,16.3,17.1,17.2,17.3

2.Решитьзадачи:NN:(сб.задач-Волькенштейн.В.С.).64,9.79,9.82,9.105,9.107,9.124.(сб.задач.-Чертов): 17.2,17.8,17.10,17,1617.18,17.23,18.3,18.7.

Проводники в электростатическом поле

5.1. Электростатическое поле проводника

5.2. Электроемкость проводника

5.3. Электроемкость конденсатора

5.4. Соединения конденсаторов

5.5. Энергия заряженного проводника и конденсатора

5.6. Энергия электрического поля

Электростатическое поле проводника

В металлических проводниках имеются свободные носители заряда – электроны. Если внешнее электрическое поле отсутствует, электрическое поле свободных электронов компенсируется полем положительных ионов. При внесении проводника в электрическое поле под действием этого поля свободные электроны проводника перемещаются, распределяясь таким образом, чтобы результирующее поле в проводнике стало равным нулю. Явление перераспределения зарядов в проводнике под действием внешнего электростатического поля называется электростатической индукцией. Заряды, возникающие при этом на поверхности проводника, называют индуцированными (наведенными).

Напряженность поля у поверхности проводника вне его направлена при этом перпендикулярно его поверхности, т.к. касательная составляющая поля вызвала бы движение зарядов, приводящее к компенсации касательной составляющей. Т.к. напряженность электростатического поля внутри проводника всегда равна 0, потенциал во всех точках проводника должен быть одинаков (это следует из формулы связи напряженности и потенциала). Следовательно, весь объем проводника и его поверхность являются эквипотенциальными. Из теоремы Гаусса следует, что индуцированные заряды располагаются на поверхности проводника.

Вычислим напряженность поля вблизи поверхности проводника, используя теорему Гаусса. Охватим часть поверхности проводника (рис. 5.1) замкнутой поверхностью , имеющей форму цилиндра, ось которого перпендикулярна поверхности проводника.  – площади оснований цилиндра. Поток через = 0, т.к. поле внутри проводника равно нулю. Если , то поток через боковую поверхность будет равен нулю. Сумма зарядов, охваченных поверхностью, равна , где s - поверхностная плотность зарядов, находящихся на поверхности проводника. Следовательно, , откуда

                     (5.1).

Напряженность электрического поля вблизи поверхности проводника

                   (5.2),

где  - диэлектрическая проницаемость среды, окружающей проводник. Напряженность поля будет больше там, где больше поверхностная плотность зарядов. Это наблюдается в местах с меньшим радиусом кривизны поверхности проводника.