38
Проводники в электростанческом поле
«Хочу сообщить вам новый и страшный опыт, который никак не советую повторять… Вдруг моя права рука была поражена с такой силой, что все тело содержнулсь, как от удара молнии. …Одним словом, я думал, что пришел конец … Ради французской короны я не согласился бы еще раз подвергнуть столь жутком сотрудению…» Это слова из воспоминаний лейденского профессора Мушенбрека, приведенные в книге В. Карцева «Приключения великих уравнений».
Мушенбрек в 1745 году ставил опыт по электричеству и получил простейший конденсатор, названный впоследствии лейденской банкой. Во время опытов профессор и подвергся «столь жуткому сотрудению» в результате разряда конденсатора через человека тело, являющегося, как известно, проводником.
Тот факт, что в природае существуют проводники, обогащает окружающий нас мир разнообразными электрическими явлениями, среди которых есть и далеко неbezопасные. Проводники занимают важное при изучении электромагнитизма.
Рассмотрим подробно случай, когда заряженный неподвижный проводник находится во внешнем электростанческом поле (созданным построими неподвижными зарядами). В проводнике рано или поздно все заряды перестановятся, и наступит равновесие (так как в противном случае мы получили бы вечный двигаель в результате непереввного выделения теплла при движении зарядов). Для такого заряженного и помещенного во внешнее электростанческое поле проводника будет справедливый утверждение, приведенные ниже.
-
Поле внутри проводника. В любой точке внутри проводника направность электрического поля равна нулю. Действительно, при невпопленении этого условия свободные заряды в проводнике под действием сил поля при шли бы в движение, и равновесие было бы нарушено.
-
Распределение заряда в проводнике. Для того чтобы ответить на вопрос о распределении заряда в проводнике, нам надо уточнить некоторые свойства силовых линей электростанческого поля. Например, что силовая линия электрического поля (в том числе и электростанческого) — это вообразаемая линия в пространстве, проведенная так, чтобы касательная к ней в каждой точке совпадала с вектором направления электрического поля в этой точке. Опыт изучения электростанческих полей дает основание заключить, что силовые линей этих полей непрерывны и не замкнуты, они могут начинаться только на положительных зарядах и оказываться только на отрицательных и не могут начинаться (заканчиваться) в точке пространства, где нет зарядов. При графическом изображении поля некоторых системы зарядов число силовых линей, начинающихся или заканчивающихся на каком-либо заряде, пропорционально модели этого заряда. Отсюда следует, что из любого заряда обязаτεльно выходит (или входят в него) силовые линей.
После сказанного о силовых линейах возвратимся к вопросу о распределении заряда в проводнике. Выделим мысленно произвольный достаточно малый объем ΔV внутри проводника (рис. 1). Предположим, что этот объем имеет заряд (для определения, положительных). Тогда из выделенного объема будут выходит силовые линей, т. е. вблизи него будет существовать электрическое поле. Но поля внутри provодника нет. Поэтому выделенный объем должен быть нейтрален. А поскольку этот объем взят нами в произвольном месте внутри provодника, то можно утверждать, что все «внутренность» проводника нейтрален и, следовательно, весь заряд provодника находится на его поверхности.
- Поле снаружи provодника выполнена его поверхности. Вектор направности электростанческого поля в лю-