43. Провідники в електричному полі. Розподіл заряду в провіднику. Зв'язок між напруженістю поля в поверхні провідника й поверхневою густиною зарядів

Вільні заряди в провіднику здатні переміщатися під дією як завгодно малої сили. Тому для рівноваги зарядів у провіднику повинні виконуватися наступні умови: 1. Напруженість поля усередині провідника повинна дорівнювати нулю , тому що т.е. тобто потенціал усередині провідника повинен бути постійним. Напруженість поля на поверхні провідника повинна бути перпендикулярна поверхні Отже, поверхня провідника при рівновазі зарядів є еквіпотенціальною. При рівновазі зарядів ні в якому місці усередині провідника не може бути надлишкових зарядів – усі вони розподілені по поверхні провідника з деякою густиною σ. Розглянемо замкнену поверхню у формі циліндра твірні поверхні якого перпендикулярні провіднику. На поверхні провідника розташовані вільні заряди з поверхневою густиноюσ. Так як усередині провідника зарядів немає, то потік  через поверхню циліндра усередині провідника дорівнює нулю. Потік через верхню частину циліндра поза провідником по теоремі Гауса рівний

тобто вектор електричного зсуву дорівнює поверхневої густині вільних зарядів провідника або 2. При внесенні незарядженого провідника в зовнішнє електростатичне поле вільні заряди почнуть переміщатися: позитивні - по полю, негативні – проти поля. Тоді з однієї сторони провідника будуть накопичуватися позитивні, а з іншого негативні заряди. Ці заряди називаються ІНДУКОВАНИМИ. Процес перерозподілу зарядів буде відбуватися доти, поки напруженість усередині провідника не стане рівною нулю, а лінії напруженості поза провідником перпендикулярні його поверхні. Індуковані заряди з'являються на провіднику внаслідок зсуву, тобто є поверхневою густиною зміщених зарядів і тому що то тому назвали вектором електричного зсуву.

44. Електроємність провідника. Конденсатори. Ємність конденсатора.

Закон Кулона. Фундаментальний закон електричної взаємодії точкових зарядів сформулював у 1785 р. французький фізик Шарль Кулон: модуль кожної із сил взаємодії двох точкових зарядів прямо пропорційний числовим значенням зарядів і обернено пропорційний квадрату відстані між ними. Взаємодія у вакуумі (або в повітрі) точкових зарядів (тобто заряджених матеріальних точок) описується формулою . Коефіцієнт k залежить від вибору системи одиниць, у CI. Часто роблять заміну: .Величина (або ) називається електричною сталою. Напруженість електричного поля Електричне поле має властивість діяти на заряджені тіла, тому в будь-якій точці його можна досліджувати за допомогою «пробного заряду» — точкового позитивного заряду, значно меншого за заряд, який створює досліджуване поле. Відношення сили, з якою поле в даній точці діє на пробний заряд, до значення цього заряду називається напруженістю електричного поля в даній точці: , , . Вміщуючи пробний заряд у різні точки поля, проводять лінії напруженості. Якщо вони прямі, то вектор напрямлений уздовж них, а якщо криві — вздовж дотичних до них. Густота ліній напруженості чисельно дорівнює (або пропорційна) значенню напруженості. Лінії напруженості електростатичного поля (силові лінії) незамкнені: починаються на позитивних зарядах, а закінчуються на негативних; вони неперервні й не перетинаються. Напруженість поля точкового заряду: Електричне поле між двома паралельними різнойменно зарядженими пластинами, а також поле плоского конденсатора однорідні, тобто напруженість кожного із цих полів у будь-якій точці однакова і чисельно, і за напрямком. Ознакою однорідності поля є паралельність його силових ліній. Провідники в електричному полі Типовими провідниками є метали — речовини, які містять «вільні» електрони. Якщо метал внести в електричне поле напруженістю , то відбуватиметься зміщення електронів. Утворяться надлишок негативного заряду на одній частині тіла і надлишок заряду позитивних іонів — на протилежній (позитивний іон — це атом, що втратив електрони). «Вільних» електронів у металі так багато, що напруженість поля , створюваного поверхневими зарядами провідника, чисельно дорівнює значенню напруженості ; напрями цих напруженостей протилежні. Отже, для результуючого поля:

Усередині металу електричне поле відсутнє (внаслідок екрануючої дії наведених зовнішнім полем зарядів на поверхні металу). Цю обставину покладено в основу електростатичного захисту чутливих електровимірювальних приладів та іншої апаратури від зовнішніх електричних полів. Для цього їх оточують густою металевою сіткою. Діелектрики в електричному полі. Діелектрична проникність У діелектриках немає «вільних» електронів, тому вони не проводять струм. Є два основні типи діелектриків. 1) Полярні діелектрики складаються з полярних молекул, диполів, тобто «здвоєних електричних полюсів», які за відсутності зовнішнього поля розташовані хаотично. Приклади: дистильована вода, кам’яна сіль.  2) Неполярні діелектрики складаються з нейтральних молекул. Зовнішнє поле чинить орієнтуючу дію на диполі в полярному діелектрику. Під дією зовнішнього поля позитивні заряди в молекулі речовини зсуваються в один бік, електрони — в інший. Деформуюча дія поля перетворює молекули неполярного діелектрика на диполі. Процеси реагування діелектриків на зовнішнє електричне поле називаються поляризацією діелектрика. Усередині діелектрика, вміщеного в електричне поле напруженістю , виявляється електричне поле. Його напруженість , де — напруженість поляризаційних зарядів; . Фізична величина, що характеризує ослаблення поля в діелектрику порівняно із зовнішнім полем, називається діелектричноюпроникністю, ; , лише для вакууму та повітря . Потенціал. Різниця потенціалів. Напруга. Зв’язок між напругою і напруженістю Потенціал деякої точки електростатичного поля (тобто поля, створеного нерухомим зарядом) — це енергетична характеристика, характеристика «роботоспроможності» поля: