Номер 6, страница 40, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

6. Каков характер распределения заряда по поверхности проводника? От чего зависит характер распределения заряда по поверхности проводника?

В состоянии электростатического равновесия избыточный электрический заряд, сообщенный уединенному проводнику, располагается исключительно на его поверхности. Это является следствием того, что внутри проводника имеются свободные носители заряда, которые под действием сил взаимного отталкивания перемещаются до тех пор, пока напряженность электрического поля внутри всего объема проводника не станет равной нулю. Если бы внутри проводника существовал ненулевой заряд, то, согласно теореме Гаусса, он создавал бы электрическое поле, что противоречит условию равновесия. Поэтому весь избыточный заряд концентрируется на внешней поверхности.

Характер распределения этого заряда по поверхности, как правило, неравномерен. Степень концентрации заряда описывается поверхностной плотностью заряда $\sigma$ — отношением величины заряда $\Delta q$ на малом элементе поверхности к площади этого элемента $\Delta S$: $\sigma = \frac{\Delta q}{\Delta S}$.

Характер распределения заряда, то есть значение поверхностной плотности $\sigma$ в разных точках, зависит от двух основных факторов:

1. Геометрическая форма проводника. Заряды на поверхности распределяются таким образом, чтобы потенциал во всех точках проводника был одинаковым (эквипотенциальность проводника). Это приводит к тому, что поверхностная плотность заряда $\sigma$ оказывается большей на участках поверхности с большей кривизной (на остриях, ребрах и выступах) и меньшей на более пологих, плоских или вогнутых участках. Например, для проводника в форме шара, кривизна которого везде одинакова, заряд распределится абсолютно равномерно. В то же время, на заостренном конце вытянутого проводника плотность заряда будет максимальной. Это явление известно как "эффект острия" и используется, например, в громоотводах.

2. Наличие внешних электрических полей и близкорасположенных заряженных тел. Если проводник поместить во внешнее электростатическое поле (или поднести к нему другой заряд), то произойдет явление электростатической индукции. Свободные заряды в проводнике перераспределятся под действием сил внешнего поля: на стороне, обращенной к положительному внешнему заряду, сконцентрируются отрицательные индуцированные заряды, а на противоположной стороне — положительные. Это индуцированное распределение накладывается на распределение собственного заряда проводника (если он был заряжен изначально), изменяя общую картину. Таким образом, итоговое распределение заряда на поверхности будет зависеть от геометрии проводника, его собственного заряда, а также от конфигурации и величины внешних полей и зарядов.

Ответ: Избыточный электрический заряд в проводнике всегда располагается на его внешней поверхности. Характер распределения заряда неравномерен и зависит от: 1) формы поверхности проводника — поверхностная плотность заряда максимальна на участках с наибольшей кривизной (на остриях); 2) наличия внешних электрических полей или других заряженных тел, которые вызывают перераспределение зарядов за счет электростатической индукции.