Электростатическое равновесие
Электростатическое равновесие — состояние проводника, в котором свободные заряды больше не перемещаются. В этом состоянии заряд распределяется по поверхности проводника, а электрическое поле внутри его вещества отсутствует.
Проводники содержат свободные носители заряда, поэтому проводники быстро перераспределяют заряд. Если проводник поместить во внешнее электрическое поле, свободные электроны сместятся до тех пор, пока созданное ими поле не скомпенсирует внешнее внутри проводника. Это явление называют электростатической индукцией.
Основные свойства
- Внутри проводника электрическое поле отсутствует: \(E=0\).
- Избыточный заряд располагается на внешней поверхности проводника.
- Вектор электрического поля у поверхности проводника направлен перпендикулярно этой поверхности.
- На выступах и участках с малым радиусом кривизны поверхностная плотность заряда больше.
Нулевое поле внутри проводника — ключевой признак равновесия. Если бы поле было ненулевым, на свободные заряды действовала бы сила, и они продолжали бы двигаться. Подробнее это свойство рассматривается на странице «Электрическое поле в проводнике». Распределение заряда по поверхности зависит от формы тела; см. распределение заряда на проводнике.
Заряженный металлический шар находится в покое. Избыточный заряд равномерно распределяется по его внешней поверхности, если рядом нет других тел. Внутри металла \(E=0\), поэтому свободные электроны не перемещаются.
Нулевое поле внутри проводника в равновесии не означает, что поля нет снаружи. Вблизи поверхности поле может быть значительным и зависит от плотности заряда и формы проводника.
Что происходит со свободными зарядами проводника при электростатическом равновесии?
Главное
- В электростатическом равновесии внутри проводника \(E=0\).
- Избыточный заряд находится на поверхности и распределяется неравномерно у проводников сложной формы.
- Внешнее поле может вызвать перераспределение зарядов — электростатическую индукцию.