Номер 6, страница 333 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Основы электродинамики. Глава 12. Разность потенциалов. Энергия электростатического поля. Параграф 60. Проводники в электростатическом поле. Вопросы - номер 6, страница 333.

Условие.

6. Почему модуль напряжённости электростатического поля внутри проводника равен нулю?

Решение.

Решение

Модуль напряжённости электростатического поля внутри проводника равен нулю из-за наличия в нём свободных носителей заряда (например, электронов в металлах), которые могут свободно перемещаться под действием электрического поля. Когда проводник помещается в электростатическое поле, происходит явление, называемое электростатической индукцией.

Процесс можно описать по шагам:

1. При внесении проводника во внешнее электрическое поле $\vec{E}_{внешн}$, на свободные заряды внутри него начинает действовать сила $\vec{F} = q\vec{E}_{внешн}$.

2. Под действием этой силы свободные заряды приходят в направленное движение: положительные заряды смещаются в направлении вектора напряжённости внешнего поля, а отрицательные – в противоположном направлении.

3. В результате этого перераспределения на одной стороне проводника возникает избыток положительного заряда, а на противоположной — избыток отрицательного заряда. Эти разделённые заряды, называемые индуцированными, создают собственное внутреннее электрическое поле $\vec{E}_{внутр}$.

4. Вектор напряжённости внутреннего поля $\vec{E}_{внутр}$ направлен противоположно вектору напряжённости внешнего поля $\vec{E}_{внешн}$.

5. Перераспределение зарядов продолжается очень короткое время (порядка $10^{-16}$ - $10^{-17}$ с) до тех пор, пока внутреннее поле не скомпенсирует внешнее поле в каждой точке внутри проводника. Когда это происходит, наступает состояние электростатического равновесия.

6. В состоянии равновесия суммарное (результирующее) поле внутри проводника равно векторной сумме внешнего и внутреннего полей и обращается в ноль:
$\vec{E}_{результ} = \vec{E}_{внешн} + \vec{E}_{внутр} = 0$

Если бы поле внутри проводника не было равно нулю, то на свободные заряды продолжала бы действовать сила, вызывая их упорядоченное движение (электрический ток), что противоречит условию электростатического равновесия (отсутствие токов).

Ответ: Модуль напряжённости электростатического поля внутри проводника в состоянии равновесия равен нулю, потому что свободные заряды в проводнике перераспределяются таким образом, что создаваемое ими внутреннее электрическое поле полностью компенсирует (уравновешивает) внешнее поле. В результате результирующая сила, действующая на любой свободный заряд внутри проводника, становится равной нулю, и их направленное движение прекращается.