Номер 10.23, страница 54 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 10. Электризация тел. Проводники и диэлектрики - номер 10.23, страница 54.

Условие.

10.23. Каковы особенности электризации проводников?

Решение.

Электризация проводников имеет ряд ключевых особенностей, которые отличают ее от электризации диэлектриков. Эти особенности обусловлены наличием в проводниках большого количества свободных носителей заряда (в металлах — электронов), способных перемещаться по всему объему тела.

Электростатическая индукция

Если внести незаряженный проводник во внешнее электростатическое поле, свободные заряды в нем придут в движение: отрицательные заряды (электроны) сместятся против направления вектора напряженности поля $E_{внешн}$, а на противоположной стороне проводника возникнет избыток положительных зарядов (ионов кристаллической решетки). В результате на поверхностях проводника появляются наведенные (индуцированные) заряды противоположных знаков. Этот процесс называется электростатической индукцией.

Равновесие зарядов в проводнике

Перераспределение свободных зарядов создает внутри проводника собственное электрическое поле $E_{внутр}$, направленное противоположно внешнему полю. Движение зарядов прекратится тогда, когда это внутреннее поле полностью скомпенсирует внешнее поле во всех точках внутри проводника. Таким образом, в состоянии электростатического равновесия напряженность результирующего электростатического поля внутри проводника равна нулю:

$E_{внутри} = 0$

Распределение заряда на поверхности

Из условия $E_{внутри} = 0$ следует, что избыточный заряд, сообщенный проводнику, или индуцированный заряд, распределяется исключительно по его внешней поверхности. Внутри объема проводника избыточных зарядов нет. Поверхностная плотность заряда $\sigma$ (заряд на единицу площади) в общем случае неравномерна и зависит от кривизны поверхности: она максимальна на выступах и остриях и минимальна на впадинах.

Постоянство потенциала

Так как напряженность поля внутри проводника равна нулю, работа по перемещению заряда между любыми двумя точками внутри или на поверхности проводника также равна нулю. Это означает, что все точки проводника в состоянии равновесия имеют одинаковый потенциал. Таким образом, поверхность проводника является эквипотенциальной поверхностью.

$\phi = const$

Направление поля у поверхности

Вектор напряженности электростатического поля $\text{E}$ у поверхности заряженного проводника всегда направлен перпендикулярно (по нормали) к этой поверхности в каждой ее точке. Если бы существовала касательная составляющая поля, она бы вызывала движение зарядов вдоль поверхности, что противоречило бы условию равновесия.

Способы электризации

Проводники можно наэлектризовать двумя основными способами:

• Соприкосновением (кондукция): при контакте заряженного тела с проводником часть заряда переходит на проводник, и они оба оказываются заряженными одноименно.

• Через влияние (индукция): можно зарядить проводник, не касаясь его. Для этого к проводнику подносят заряженное тело, вызывая разделение зарядов. Затем, не убирая заряженное тело, проводник заземляют. Заряды того же знака, что и у поднесенного тела, уйдут в землю. Если после этого убрать заземление, а затем и заряженное тело, на проводнике останется избыточный заряд, противоположный по знаку заряду поднесенного тела.

Ответ:

Особенностями электризации проводников являются: 1) наличие свободных носителей заряда, которые могут свободно перемещаться по всему объему; 2) явление электростатической индукции — перераспределение свободных зарядов под действием внешнего электрического поля; 3) в состоянии равновесия электрическое поле внутри проводника равно нулю; 4) весь избыточный заряд располагается только на внешней поверхности проводника; 5) потенциал во всех точках проводника одинаков, а его поверхность является эквипотенциальной; 6) вектор напряженности поля у поверхности проводника перпендикулярен ей в каждой точке.