Номер 445, страница 69 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Электрические явления. Электрическое напряжение - номер 445, страница 69.

Условие.

445. К полюсу батареи элементов присоединён проводник. В одном случае второй конец проводника изолирован, а в другом — заземлён. Существует ли электрическое поле внутри проводника? Где распределяются заряды в проводнике в каждом случае?

Рис. 72

Решение.

В случае, когда второй конец проводника изолирован:

Когда проводник с изолированным концом подключается к полюсу батареи, происходит очень быстрый процесс перераспределения зарядов. После его завершения система приходит в состояние электростатического равновесия, в котором весь проводник имеет одинаковый потенциал, равный потенциалу полюса батареи.

В состоянии электростатического равновесия напряженность электрического поля внутри вещества проводника равна нулю ($E_{внутри} = 0$). Если бы поле не было равно нулю, оно бы вызывало упорядоченное движение свободных зарядов, то есть электрический ток, что противоречило бы состоянию равновесия.

Избыточный заряд, который проводник получает от батареи или отдает ей, распределяется исключительно по его внешней поверхности. Такое распределение зарядов на поверхности как раз и обеспечивает отсутствие электрического поля внутри проводника.

Ответ: В установившемся состоянии электростатического равновесия электрическое поле внутри проводника отсутствует. Избыточные электрические заряды распределяются по его внешней поверхности.

В случае, когда второй конец проводника заземлён:

Если один конец проводника подключен к полюсу батареи (имеющему некий потенциал $\text{V}$ относительно земли), а другой конец заземлён (его потенциал равен нулю), то между концами проводника создается и поддерживается постоянная разность потенциалов. В этом случае по проводнику будет протекать постоянный электрический ток. Система не находится в состоянии электростатического равновесия.

Внутри проводника существует электрическое поле. Это поле необходимо для поддержания упорядоченного движения свободных носителей заряда (например, электронов), которое и представляет собой электрический ток. Напряженность поля направлена вдоль проводника от точки с более высоким потенциалом к точке с более низким потенциалом.

Заряды (носители тока) движутся по всему объему проводника. Сам проводник в целом остается электрически нейтральным, так как количество зарядов, входящих в него за единицу времени, равно количеству выходящих зарядов. Однако для того, чтобы электрическое поле существовало внутри проводника и было направлено вдоль него, на боковой поверхности проводника возникает определённое распределение статических зарядов. Этот поверхностный заряд создает необходимый градиент потенциала вдоль проводника.

Ответ: Внутри проводника существует электрическое поле, которое обеспечивает протекание постоянного электрического тока. По всему объему проводника движутся носители заряда, создавая ток, а на его поверхности устанавливается распределение зарядов, поддерживающее поле внутри.