§ 42. Проводник в электрическом поле

Проводниками тока являются вещества, в которых в большом количестве имеются свободно заряженные частицы. В электролитах такими частицами являются ионы, в газах - электроны и ионы, в металлах - свободные электроны, т. е. электроны, не принадлежащие отдельным атомам. Эти электроны свободно перемещаются по всему телу в любом направлении.

Рис. 53. Экранизирующее действие металлической сетки

Если в цилиндр из металлической сетки поместить электроскоп так, чтобы он соприкасался с сеткой (рис. 53), и зарядить сетку прикосновением к ней заряженного тела, то листочки электроскопа не разойдутся. Это означает, что внутри заряженного проводника нет электрического поля. Его отсутствие вызвано тем, что одноименные заряды, отталкиваясь, расположились на наружной поверхности проводника.

Внесем проводник А в электрическое поле тела В (рис. 54, а). Расхождение листочков С показывает, что тело наэлектризовалось. Электризация, когда заряженное тело своим электрическим полем заряжает другое тело на расстоянии, называется электризацией через влияние. Во время движения автомобиля резиновые шины электризуются отрицательно, а асфальтовая мостовая - положительно (рис. 54, б). Под действием заряда шин ближайшие к колесам части металлического корпуса автомобиля электризуются через влияние положительно, а удаленные части - отрицательно.

Рис. 54. Электризация через влияние

Проводник, внесенный в электрическое поле, оттого что наэлектризовался, действует на поле - изменяет его напряженность, о чем мы судим по изменению расположения бумажных полосок (см. рис. 54, а). Значит, поле действует на вещество, а вещество - на поле.

При внесении незаряженного металлического проводника А в однородное электрическое поле (рис. 55, а) в проводнике под действием поля, проникшего в проводник, начинается перемещение свободных электронов в сторону, противоположную напряженности E₁ внешнего поля. Электроны собираются на поверхности проводника, заряжая ее отрицательно. Поверхность противоположного конца, где имеется недостаток электронов, заряжается положительно. Вследствие этого внутри проводника образуется свое электрическое поле. Напряженность Е₂ этого поля направлена против напряженности E₁ поля, в которое был внесен проводник.

Рис. 55. Линии напряженности в проводнике, помещенном в электрическом поле

По мере накопления электронов на одном из концов проводника напряженность его собственного внутреннего поля увеличивается. Как только величины зарядов на концах проводника станут равными величинам зарядов пластин В и С, напряженность внутреннего поля будет такой же, как напряженность внешнего поля, и направленное движение электронов прекратится. При таком условии все линии напряженности, достигающие поверхности проводника, либо начинаются, либо кончаются на ней, не проникая внутрь проводника (рис. 55, б). Следовательно, в проводнике, помещенном в электрическом поле, когда наступает равновесие зарядов, напряженность результирующего электрического поля равна нулю: E_p = E₁ - Е₂ = 0. В этом нас убеждает опыт.

Поместим электроскоп в электрическое поле заряженного тела. Он заряжается. Сделаем то же самое, но, поместив предварительно электроскоп на металлическую пластинку, накроем его цилиндром из металлической сетки (см. рис. 53). В этом случае электроскоп не заряжается - результирующая напряженность поля внутри проводника равна нулю. Если тело окружено оболочкой из проводника и находится в электрическом поле, то последнее заряжает оболочку, а тело, находящееся внутри ее, не заряжает. Это используется для защитной экранировки радиоламп от действия на них посторонних электрических полей, для чего баллоны радиоламп делают из металла, а стеклянные баллоны окрашивают краской, содержащей металл, или же одевают на них металлический цилиндр. Электрические шнуры в радиоустройствах помещают в металлическую оплетку.

Рис. 56. Исследование потенциала заряженного проводника

Зарядим проводник (рис. 56). Видим, что листочки-электроскопы расходятся на больший угол там, где кривизна значительнее. Это указывает на то, что там, где кривизна сильнее, на единицу поверхности приходится больший электрический заряд. Скалярная величина, измеряемая зарядом, приходящимся на единицу поверхности проводника, называется поверхностной плотностью заряда. Из определения поверхностная плотность заряда Единица поверхностной плотности заряда