Номер 2, страница 408 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Электростатика. 15. Энергия электромагнитного взаимодействия неподвижных зарядов. Параграф 88. Проводники в электростатическом поле - номер 2, страница 408.

Условие.

2. Как размещается избыточный заряд на изолированном проводнике в отсутствии внешнего электростатического поля?

Решение.

Когда на изолированный проводник помещают избыточный заряд, свободные носители заряда внутри проводника (например, электроны в металле) приходят в движение под действием сил кулоновского отталкивания. Они перераспределяются до тех пор, пока система не достигнет состояния электростатического равновесия.

В состоянии равновесия весь избыточный заряд располагается исключительно на внешней поверхности проводника. Это объясняется тем, что при любом другом расположении внутри проводника существовало бы ненулевое электрическое поле, которое заставляло бы свободные заряды двигаться. Равновесие наступает, когда напряженность электростатического поля внутри всего объема проводника становится равной нулю ($E_{внутри} = 0$). Согласно теореме Гаусса, из условия $E_{внутри} = 0$ следует, что суммарный заряд внутри любой замкнутой поверхности, проведенной в толще проводника, равен нулю. Это означает, что в объеме проводника избыточного заряда нет, и он целиком сосредоточен на его внешней поверхности.

Характер распределения этого поверхностного заряда зависит от формы проводника. Заряды стремятся расположиться как можно дальше друг от друга, поэтому поверхностная плотность заряда ($\sigma$) оказывается выше на участках поверхности с большей кривизной (на остриях и выступах) и ниже на более пологих или вогнутых участках. Только для проводника идеальной сферической формы заряд распределяется по поверхности равномерно.

Ответ: В отсутствие внешнего электростатического поля избыточный заряд размещается на внешней поверхности изолированного проводника. Плотность распределения этого заряда выше на участках с большей кривизной (остриях) и ниже на более плоских участках. Внутри проводника избыточный заряд отсутствует, а напряженность электростатического поля равна нулю.