Проводники в электростатическом поле
Проводни́к — вещество, среда, материал, хорошо проводящие электрический ток[1][2].
В проводнике имеется большое число заключённых носителей заряда, то есть заряженных частиц, которые могут свободно перемещаться внутри объёма проводника и под действием приложенного к проводнику электрического напряжения создают ток проводимости[3]. Благодаря большому числу свободных носителей заряда и их высокой подвижности значение удельной электропроводности проводников велико.
С точки зрения электродинамики проводник — среда с большим на рассматриваемой частоте значением тангенса угла диэлектрических потерь (tgδ >> 1)[4], в такой среде сила тока проводимости много больше силы тока смещения. При этом под идеальным проводником (сверхпроводником) понимают среду с бесконечно большим значением tgδ, прочие проводники называют реальными или проводниками с потерями.
Проводниками называют также части электрических цепей — соединительные провода, металлические шины и другие.
Среди наиболее распространённых твёрдых проводников известны металлы, полуметаллы, углерод (в виде угля и графита). Пример проводящих жидкостей при нормальных условиях — ртуть, электролиты, при высоких температурах — расплавы металлов. Пример проводящих газов — ионизированный газ (плазма). Некоторые вещества, при нормальных условиях являющиеся изоляторами, при внешних воздействиях могут переходить в проводящее состояние, а именно проводимость полупроводников может сильно варьироваться при изменении температуры, освещённости, легировании и т. п.
Микроскопическое описание проводников связано с электронной теорией металлов.
Проводники делятся на:
- проводники первого рода — проводники с электронной проводимостью.
- проводники второго рода — проводники с ионной проводимостью (электролиты).
Свойства проводников в электростатическом поле
Первое свойство проводников в электростатическом поле состоит в том, что напряжённость поля внутри проводника везде равна нулю. Поскольку идеальный проводник имеет бесконечную проводимость, электрическое поле внутри него равно нулю (иначе оно порождало бы бесконечную плотность тока).
Второе свойство проводников состоит в том, что объёмная плотность зарядов внутри проводника везде равна нулю. Какую бы область внутри проводника мы ни взяли, её суммарный заряд окажется равен нулю. Нескомпенсированные заряды, если они имеются, располагаются целиком на поверхности проводника. Если бы внутри проводника имелись нескомпенсированные заряды, то они создавали бы там электрическое поле. Но электрического поля внутри проводника нет — следовательно, нет и зарядов.
Отсюда следует ещё один факт: если внутри проводника имеется полость, то поле в этой полости равно нулю. На явлении исчезновения поля в полости внутри проводника основана так называемая электростатическая защита. Если нужно уберечь от внешних электростатических полей какое-либо устройство, его помещают в металлический ящик (или окружают металлической сеткой), обращая в нуль напряжённость поля в пространстве вокруг устройства.
Третье свойство: линии напряжённости электрического поля входят в проводник (или выходят из него) перпендикулярно поверхности проводника.
Четвёртое свойство: Все точки проводника имеют одинаковый потенциал. Иными словами, разность потенциалов между любыми двумя точками проводника равна нулю. Если бы между какой-либо парой точек проводника существовала ненулевая разность потенциалов, возник бы ток от одной точки к другой — ведь в этом случае электрическое поле совершало бы ненулевую работу по перемещению зарядов между данными точками. Но в электростатике никакого тока быть не может. Потенциал любой точки проводника называется потенциалом проводника. Таким образом, проводник представляет собой «эквипотенциальный объём». В частности, поверхность проводника является эквипотенциальной поверхностью. Это даёт объяснение утверждению предыдущего пункта — ведь линии напряжённости электростатического поля перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям.
Примечания
Категории
|
Правообладателем данного материала является АНО «Интернет-энциклопедия «РУВИКИ». Использование данного материала на других сайтах возможно только с согласия АНО «Интернет-энциклопедия «РУВИКИ». |