Темы докладов, страница 237 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

Электростатическая индукция.

Электростатическая индукция (или электростатическое влияние) — это явление перераспределения электрических зарядов в проводящем теле при внесении его во внешнее электростатическое поле. В результате этого процесса на разных частях поверхности проводника возникают избыточные заряды противоположных знаков, называемые индуцированными зарядами. При этом сам проводник, если он был изначально электрически нейтрален и изолирован, остается нейтральным в целом.

Механизм явления

Проводники, в частности металлы, содержат большое количество свободных носителей заряда — электронов, которые могут свободно перемещаться по всему объему материала. Положительно заряженные ионы образуют фиксированную кристаллическую решетку.

Когда такой проводник помещается во внешнее электростатическое поле с напряженностью $E_{внешн}$, на каждый свободный электрон начинает действовать электрическая сила $F = qE = -eE_{внешн}$ (где $-e$ — заряд электрона). Под действием этой силы электроны смещаются в направлении, противоположном вектору напряженности $E_{внешн}$.

В результате на той стороне проводника, куда сместились электроны, образуется избыточный отрицательный заряд. На противоположной стороне, где возник недостаток электронов, образуется избыточный положительный заряд. Эти индуцированные заряды создают своё собственное внутреннее электрическое поле $E_{внутр}$, которое направлено против внешнего поля. Перераспределение зарядов продолжается до тех пор, пока внутреннее поле полностью не скомпенсирует внешнее поле внутри проводника. В состоянии электростатического равновесия результирующее поле внутри объема проводника становится равным нулю: $E_{внутри} = E_{внешн} + E_{внутр} = 0$. Это является фундаментальным свойством проводников в электростатике.

Пример: Зарядка проводника через индукцию

Явление электростатической индукции позволяет зарядить тело, не вступая в прямой контакт с источником заряда. Рассмотрим этот процесс на примере нейтрального металлического шара:

1. К нейтральному шару подносят, не касаясь, отрицательно заряженную палочку. Под её действием свободные электроны в шаре отталкиваются и перемещаются на дальнюю от палочки сторону. В результате ближняя к палочке сторона шара заряжается положительно, а дальняя — отрицательно.

2. Не убирая палочку, шар соединяют с землей (заземляют). Земля служит огромным резервуаром для зарядов. Отталкиваемые палочкой электроны с шара уходят в землю.

3. Соединение с землей убирают, при этом палочка остается на месте. Теперь на шаре имеется недостаток электронов, то есть он обладает суммарным положительным зарядом. Этот заряд удерживается полем палочки у ближней к ней поверхности.

4. Наконец, убирают палочку. Избыточный положительный заряд, больше не удерживаемый внешним полем, под действием сил взаимного отталкивания равномерно распределяется по всей поверхности шара. Таким образом, изначально нейтральный шар стал положительно заряженным.

Применение электростатической индукции

Электростатическая индукция находит широкое применение в технике и науке:
• Электроскоп и электрометр: приборы для обнаружения электрического заряда, работа которых основана на индукции и последующем отталкивании одноименно заряженных частей (лепестков или стрелки).
• Электрофорная машина: генератор высокого напряжения, принцип действия которого основан на многократном разделении зарядов путем индукции.
• Электростатическая защита (клетка Фарадея): замкнутая проводящая оболочка защищает внутреннее пространство от внешних электростатических полей, так как индуцированные на её поверхности заряды создают поле, полностью компенсирующее внешнее поле внутри.
• Молниеотвод: под действием грозового облака на острие молниеотвода индуцируется большой заряд, что приводит к сильной ионизации окружающего воздуха и созданию проводящего канала, по которому разряд молнии безопасно отводится в землю.

Ответ:

Электростатическая индукция — это явление перераспределения свободных электрических зарядов в проводнике под влиянием внешнего электростатического поля, приводящее к появлению на поверхности проводника разделенных областей с индуцированными зарядами противоположных знаков. Основным следствием этого явления является то, что в состоянии электростатического равновесия напряженность электрического поля внутри проводника равна нулю.