Проводники и диэлектрики во внешнем электростатическом поле
Проводник во внешнем электростатическом поле
В проводниках носителями заряда являются свободные электроны, а положительные заряды - это ионы кристаллической решётки, которые лишь колеблются около положения равновесия.
В результате под действием поля: на одной стороне проводника избыток отрицательных зарядов, на другой - положительных. Такие заряды называются индуцированными.
Как следствие, возникает внутри проводника электростатическое поле, которое полностью компенсирует внешнее. Из-за этого внутри проводника напряжённость результирующего поля равна нулю. А потенциал постоянный. Это явление называется электростатической индукцией.
Силовые линии внешнего электрического поля направлены перпендикулярно поверхности проводника, поэтому поверхность проводника является эквипотенциальной (имеет во всех точках одинаковый потенциал).
Напряжённость поля вблизи поверхности проводника
Заряд, сообщённый проводнику, распределяется по его поверхности равномерно с поверхностной плотностью . В результате вблизи поверхности проводника возникает поле напряжённостью .
Диэлектрик во внешнем электростатическом поле
Поведение молекулы в диэлектрике, помещённом во внешнее электрическое поле, эквивалентно диполю - системе двух противоположных точечных зарядов, находящихся на относительно малом расстоянии друг от друга. Такие диполи как раз изображены на анимации выше.
Под действием внешнего поля эти диполи ориентируются вдоль него, в результате чего возникает поле внутри диэлектрика, направленное против внешнего и созданное связанными зарядами в диполях. Это явление называется поляризацией диэлектрика. Но в отличие от проводника это поле не компенсирует полностью внешнее. Результирующее поле:
Связанные заряды имеют поверхностную плотность на одной грани диэлектрика и - на другой. Поэтому напряжённость поля, создаваемая этими связанными зарядами равна .
Напряжённость поля, создаваемая связанными зарядами, связана с напряжённостью результирующего поля через постоянную , называемую диэлектрической восприимчивостью диэлектрика: .
А тогда связь внешнего поля и результирующего: . Величина называется относительной диэлектрической проницаемостью. .