Номер 1, страница 418 - гдз по физике 10 класс учебник Грачев, Погожев

Вопросы. Параграф 74. Проводники в постоянном электрическом поле. Глава 10. Электростатика. Электродинамика - номер 1, страница 418.

Условие.

1. Почему в электростатике напряжённость поля внутри проводника равна нулю?

Решение.

1. Решение

Напряжённость электростатического поля внутри проводника равна нулю из-за явления электростатической индукции, которое приводит к перераспределению свободных зарядов до достижения состояния электростатического равновесия.

Проводники — это материалы, в которых есть свободные носители заряда (в металлах это электроны), способные перемещаться по всему объему вещества. Рассмотрим, что происходит, когда проводник помещают во внешнее электростатическое поле с напряжённостью $ \vec{E}_{внешн} $.

1. На свободные заряды в проводнике начинает действовать электрическая сила $ \vec{F} = q\vec{E}_{внешн} $. Под действием этой силы отрицательно заряженные электроны начинают двигаться против направления вектора напряжённости $ \vec{E}_{внешн} $, а положительные ионы кристаллической решётки остаются на своих местах.

2. Это движение приводит к накоплению избыточных электронов на одной стороне проводника (она заряжается отрицательно) и недостатку электронов (избытку положительных ионов) на противоположной стороне (она заряжается положительно). Этот процесс разделения зарядов называется электростатической индукцией.

3. Возникшие на поверхностях проводника индуцированные заряды создают своё собственное внутреннее электрическое поле $ \vec{E}_{внутр} $, которое направлено противоположно внешнему полю $ \vec{E}_{внешн} $.

4. Результирующее поле внутри проводника является векторной суммой внешнего и внутреннего полей: $ \vec{E}_{рез} = \vec{E}_{внешн} + \vec{E}_{внутр} $. Пока результирующее поле не равно нулю, на свободные заряды продолжает действовать сила, и они продолжают перемещаться.

5. Процесс перераспределения зарядов прекращается тогда, когда внутреннее поле $ \vec{E}_{внутр} $ полностью скомпенсирует внешнее поле $ \vec{E}_{внешн} $ во всём объёме проводника. В этот момент достигается состояние электростатического равновесия. Условием этого равновесия является равенство нулю результирующей силы, действующей на заряды, а значит, и равенство нулю напряжённости результирующего поля внутри проводника: $ \vec{E}_{рез} = 0 $.

Таким образом, в электростатике (т. е. в состоянии равновесия, когда все заряды неподвижны) напряжённость поля внутри проводника всегда равна нулю.

Ответ: В электростатике напряжённость поля внутри проводника равна нулю, так как под действием внешнего поля свободные заряды в проводнике перераспределяются, создавая внутреннее поле, которое полностью компенсирует внешнее поле. В результате результирующее электростатическое поле внутри проводника становится равным нулю, и наступает состояние электростатического равновесия.