Статическое равновесие: проводники и поля

Физика > Проводники и поля в статическом равновесии

 

Рассмотрите условия статического равновесия: характеристика заряда и электрического поля. Читайте определение и свойства проводника, принцип клетки Фарадея.

Если присутствует заряд или электрическое поле, то заряды в проводнике перераспределяются до тех пор, пока не придут к статическому балансу.

Задача обучения

• Охарактеризовать поведение зарядов в проводнике в условиях наличия заряда или электрического поля при статическом балансе.

Основные пункты

• В присутствии заряда или электрического поля заряды в проводнике будут менять позицию вдоль поверхности, пока не достигнут статического баланса.
• В статическом балансе заряд старается концентрироваться в точечных областях проводника.
• При статическом балансе внутренняя часть проводника полностью экранируется от внешнего электрического поля.

Термин

• Статический баланс – физическое состояние, где составляющие системы пребывают в покое, а чистая сила приравнивается к нулю.

Проводники – материалы со свободным перемещением зарядов. Если на него влияет внешний заряд или электрическое поле, то внутренние заряды будут постоянно менять положение. К примеру, если нейтральный проводник контактирует со стержнем с отрицательным зарядом, то часть заряда перейдет к проводнику в точке соприкосновения.

При перераспределении заряда проводник пребывает в состоянии электростатического равновесия (равновесие статических зарядов). Важно не забывать, что процесс перераспределения зависит от формы проводника и не всегда происходит равномерно. У зарядов существует тенденция скапливаться вокруг острых точек.

Сила между одинаковыми зарядами на обоих концах проводника совпадает, но компоненты сил, выступающие параллельными по отношению к поверхности, отличаются. Компонент будет наиболее большим на плоской поверхности, где заряды перемещаются свободно. Это объясняет разницу в концентрации на плоском и заостренном районе

Если проводник оказывается в электрическом поле, то заряды внутри него также продолжат движение, пока поле не окажется перпендикулярным поверхности проводника. Заряды с отрицательным знаком выравниваются к положительному у электрического поля. В итоге, проводник поляризуется, а электрическое поле набирает силу вокруг проводника, но слабеет внутри него.

Подобное явление можно наблюдать в клетке Фарадея – оболочка из проводящего материала, защищающая внутреннюю часть от внешнего электрического заряда или поля.