Номер 3, страница 325 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Электростатика. Глава 8. Свойства электрического поля. Параграф 39. Проводники и диэлектрики в электростатическом поле - номер 3, страница 325.

Условие.

3. Объясните, почему при равновесии свободных зарядов напряжённость электрического поля внутри изолированного проводника равна нулю.

Решение.

3. Решение

Проводниками называют материалы, в которых имеются свободные носители заряда (например, электроны в металлах), способные перемещаться по всему объёму материала.

Равновесие свободных зарядов — это такое состояние, при котором отсутствует их упорядоченное движение. Это означает, что суммарная сила, действующая на каждый свободный заряд внутри проводника, равна нулю.

Сила, действующая на заряд $\text{q}$ в электрическом поле с напряжённостью $\vec{E}$, определяется формулой $\vec{F} = q\vec{E}$.

Предположим, что напряжённость электрического поля внутри проводника в состоянии равновесия была бы отлична от нуля ($\vec{E} \neq 0$). В этом случае на свободные заряды действовала бы ненулевая электрическая сила $\vec{F}$, которая заставила бы их двигаться упорядоченно. Такое упорядоченное движение зарядов представляет собой электрический ток.

Однако наличие тока противоречит самому определению электростатического равновесия, которое подразумевает, что все заряды находятся в покое и их макроскопическое движение отсутствует.

Следовательно, исходное предположение неверно. Для того чтобы свободные заряды в проводнике находились в равновесии, необходимо, чтобы результирующая напряжённость электрического поля в любой точке внутри проводника была равна нулю.

На физическом уровне это происходит благодаря явлению электростатической индукции. При внесении проводника во внешнее электрическое поле (или при сообщении ему заряда) свободные заряды перераспределяются по его поверхности. Это перераспределение продолжается до тех пор, пока созданное ими внутреннее электрическое поле полностью не скомпенсирует внешнее поле во всём объёме проводника.

Ответ: Напряжённость электрического поля внутри изолированного проводника при равновесии свободных зарядов равна нулю, потому что если бы она была не равна нулю, то на свободные заряды действовала бы электрическая сила, которая приводила бы их в упорядоченное движение. Это противоречило бы условию равновесия, которое по определению означает отсутствие такого движения.