Номер 3, страница 40, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

3. Что происходит в проводнике, когда он попадает во внешнее электрическое поле?

Когда проводник помещается во внешнее электростатическое поле, в нем происходит явление, называемое электростатической индукцией. Этот процесс можно описать по шагам:

1. Внутри проводников (например, металлов) существует большое количество свободных носителей заряда — электронов. Эти электроны не связаны с конкретными атомами и могут свободно перемещаться по всему объему проводника. В отсутствие внешнего поля проводник в целом электрически нейтрален.

2. При внесении проводника во внешнее электрическое поле с напряженностью $ \vec{E}_{внешн} $, на свободные электроны начинает действовать электрическая сила $ \vec{F} = q\vec{E}_{внешн} $. Поскольку заряд электрона $\text{q}$ отрицателен, эта сила заставляет электроны двигаться в направлении, противоположном вектору напряженности $ \vec{E}_{внешн} $.

3. В результате этого направленного движения свободные электроны скапливаются на одной стороне проводника. На этой стороне возникает избыточный отрицательный заряд. Соответственно, на противоположной стороне, откуда ушли электроны, возникает недостаток отрицательных зарядов, что эквивалентно появлению избыточного положительного заряда (создаваемого ионами кристаллической решетки). Эти заряды, появившиеся на поверхности проводника, называются индуцированными зарядами.

4. Индуцированные заряды создают внутри проводника собственное, внутреннее электрическое поле $ \vec{E}_{внутр} $. Вектор напряженности этого поля направлен от индуцированных положительных зарядов к индуцированным отрицательным, то есть в сторону, противоположную внешнему полю $ \vec{E}_{внешн} $.

5. Процесс перераспределения зарядов происходит очень быстро (практически мгновенно) и прекращается, когда внутреннее поле $ \vec{E}_{внутр} $ по модулю становится равным внешнему полю $ \vec{E}_{внешн} $. В этот момент наступает электростатическое равновесие, и результирующее электрическое поле внутри проводника становится равным нулю:

$ \vec{E}_{результ} = \vec{E}_{внешн} + \vec{E}_{внутр} = 0 $

Таким образом, в состоянии равновесия внутри проводника электрическое поле отсутствует. Все избыточные заряды располагаются на его поверхности, а потенциал во всех точках внутри и на поверхности проводника становится одинаковым. Это явление лежит в основе электростатической защиты (экранирования), примером которой является клетка Фарадея.

Ответ: При попадании проводника во внешнее электрическое поле в нем происходит перераспределение свободных зарядов (электростатическая индукция). Свободные электроны смещаются против направления поля, в результате чего на одной стороне проводника возникает избыточный отрицательный заряд, а на другой — избыточный положительный. Эти индуцированные заряды создают собственное внутреннее поле, которое полностью компенсирует внешнее поле. В результате напряженность результирующего электрического поля внутри проводника становится равной нулю, а весь проводник приобретает одинаковый потенциал.