3.2. Проводники в электростатическом поле.

Если поместить проводник во внешнее электростатическое поле (или его зарядить), то его заряды начнут перемещаться, в результате чего на одном конце проводника будет скапливаться избыток положительного заряда, на другом — избыток отрицательного.

Явление перераспределения поверхностных зарядов на проводнике во внешнем электростатическом поле называется электростатической индукцией.

Перемещение зарядов (ток) продолжается до тех пор, пока не установится их равновесное распределение, при котором электростатическое поле внутри проводника обращается в нуль. Это происходит в течение очень короткого времени. Если бы поле не было равно нулю, то в проводнике возникло бы упорядоченное движение зарядов без затраты энергии от внешнего источника, что противоречит закону сохранения энергии.

Напряженность поля во всех точках внутри проводника: Е=0. Е= -grad j

Отсутствие поля внутри проводника означает, что потенциал во всех точках внутри проводника постоянен (j=const), т. е. поверхность проводника в электростатическом поле является эквипотенциальной. Вектор напряженности поля на внешней поверхности проводника направлен по нормали к каждой точке его поверхности. Если бы это было не так, то под действием касательной составляющей Е заряды начали бы по поверхности проводника перемещаться, что, в свою очередь, противоречило бы равновесному распределению зарядов.

Нейтральный проводник, внесенный в электростатическое поле, разрывает часть линий напряженности; они заканчиваются на отрицательных индуцированных зарядах и вновь начинаются на положительных.

Найдем взаимосвязь между напряженностью Е поля вблизи поверхности заряженного проводника и поверхностной плотностью s зарядов на его поверхности. Для этого применим теорему Гаусса к бесконечно малому цилиндру с основаниями DS пересекающему границу проводник — диэлектрик. Ось цилиндра ориентирована вдоль вектора Е.

Или E = s /e₀e, где e — диэлектрическая проницаемость среды, окружающей проводник. Напряженность электростатического поля у поверхности проводника (любой формы) определяется поверхностной плотностью зарядов.

Так как в состоянии равновесия внутри проводника заряды отсутствуют, то создание внутри него полости не повлияет на конфигурацию расположения зарядов и тем самым на электростатическое поле. Следовательно, внутри полости поле будет отсутствовать. Если теперь этот проводник с полостью заземлить, то потенциал во всех точках полости будет нулевым, т. е. полость полностью изолирована от влияния внешних электростатических полей. На этом основана электростатическая защита — экранирование тел, например измерительных приборов, от влияния внешних электростатических полей. Вместо сплошного проводника для защиты может быть использована густая металлическая сетка, которая, кстати, является эффективной при наличии не только постоянных, но и переменных электрических полей.