Номер 4, страница 408 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Электростатика. 15. Энергия электромагнитного взаимодействия неподвижных зарядов. Параграф 88. Проводники в электростатическом поле - номер 4, страница 408.

Условие.

4. Почему электростатическое поле не проникает внутрь проводника? Что называют электростатической защитой?

Решение.

Почему электростатическое поле не проникает внутрь проводника?

Проводники — это вещества, в которых присутствуют свободные носители электрического заряда (например, электроны в металлах). Когда такой проводник помещается во внешнее электростатическое поле с напряженностью $\vec{E}_{внеш}$, на эти свободные заряды начинает действовать электрическая сила $\vec{F} = q\vec{E}_{внеш}$.

Под действием этой силы свободные заряды приходят в движение: положительные заряды перемещаются по направлению поля, а отрицательные (электроны) — против направления поля. Этот процесс перераспределения зарядов называется электростатической индукцией. В результате на одной поверхности проводника скапливается избыточный положительный заряд, а на противоположной — избыточный отрицательный.

Эти разделившиеся, или индуцированные, заряды создают внутри проводника собственное электрическое поле $\vec{E}_{внутр}$, которое направлено противоположно внешнему полю. Перемещение зарядов продолжается до тех пор, пока созданное ими внутреннее поле не станет равным по модулю и противоположным по направлению внешнему полю.

Когда достигается состояние электростатического равновесия, результирующая напряженность электрического поля в любой точке внутри проводника становится равной нулю:
$\vec{E}_{рез} = \vec{E}_{внеш} + \vec{E}_{внутр} = 0$

Так как поле внутри равно нулю, то и сила, действующая на свободные заряды, становится равной нулю, и их упорядоченное движение прекращается. Таким образом, внешнее поле не проникает внутрь, так как оно полностью компенсируется полем, создаваемым индуцированными зарядами на поверхности проводника.

Ответ: Электростатическое поле не проникает внутрь проводника, потому что под действием внешнего поля свободные заряды в проводнике перераспределяются по его поверхности, создавая собственное поле, которое полностью компенсирует внешнее поле внутри проводника. В результате суммарное поле внутри проводника становится равным нулю.

Что называют электростатической защитой?

Электростатическая защита — это метод защиты какой-либо области пространства или чувствительных приборов от воздействия внешних электростатических полей.

Этот принцип основан на явлении электростатической индукции в проводниках. Если окружить защищаемый объект замкнутой проводящей оболочкой (например, металлической сеткой или сплошным ящиком), то, как было описано выше, напряженность электрического поля внутри этой оболочки будет равна нулю, независимо от того, насколько сильны внешние поля. Внешнее поле вызывает перераспределение зарядов только на внешней поверхности оболочки, но внутрь полости поле не проникает.

Такое защитное устройство называется клеткой Фарадея (или электростатическим экраном). Оно находит широкое применение на практике: для защиты высокоточного электронного оборудования от внешних помех, для защиты людей от удара молнии (кузов автомобиля или салон самолета являются клетками Фарадея), а также в научных исследованиях для создания областей, свободных от электрических полей.

Ответ: Электростатической защитой называют способ изоляции пространства от внешних электростатических полей с помощью замкнутой проводящей оболочки. Внутри такой оболочки поле отсутствует, так как оно полностью компенсируется полем индуцированных на ее поверхности зарядов.