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  • 靜電平衡中導(dǎo)體上電荷分布位置的有關(guān)問題

    靜電平衡中導(dǎo)體上電荷分布位置的有關(guān)問題
    導(dǎo)體上電荷之所以分布在導(dǎo)體表面,是因?yàn)槠渲杏袌鰪?qiáng),那么為何必須讓電荷在表面才會(huì)平衡,在導(dǎo)體中間某處不可以么?
    物理人氣:104 ℃時(shí)間:2019-08-28 04:21:23
    優(yōu)質(zhì)解答
    確切地講是處于靜電平衡的導(dǎo)體凈電荷只分布在導(dǎo)體表面上.
    因?yàn)槿绻麑?dǎo)體內(nèi)部有凈電荷的話,導(dǎo)體內(nèi)部電場就不為零,那么凈電荷將繼續(xù)移動(dòng)(這也說明此時(shí)導(dǎo)體并未平衡),直到導(dǎo)體內(nèi)部電場為零,凈電荷為零為止,此時(shí)導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài).既然內(nèi)部有電場,那內(nèi)部的可移動(dòng)電荷必然要受到電場力作用而發(fā)生移動(dòng)。因此你可以很容易地推得,當(dāng)電荷停止移動(dòng)時(shí),內(nèi)部電場必為零。而如果內(nèi)部還有凈電荷的話,又會(huì)造成內(nèi)部電場不為零,因此最后凈電荷必定全部在導(dǎo)體表面。
    另外,由于處于靜電平衡下的導(dǎo)體是個(gè)等勢體,如果內(nèi)部存在凈電荷從而有電場分布,那么在導(dǎo)體內(nèi)部必然有電勢變化,這和導(dǎo)體是個(gè)等勢體矛盾的。問題是這個(gè)電荷是固定在球中心的?如果是,那么它只會(huì)在導(dǎo)體內(nèi)壁感應(yīng)出等量異種電荷,并在球表面感應(yīng)出等量同種電荷,在導(dǎo)體球內(nèi)部還是沒有凈電荷的(指導(dǎo)體實(shí)心部分,空心導(dǎo)體球的空腔部分不是我們這里所說的導(dǎo)體內(nèi)部)

    仍然是我剛才的回答,這個(gè)電荷是固定的嗎?如果不是,是自由電荷,那么它不會(huì)停在導(dǎo)體球中心,會(huì)移到導(dǎo)體球表面去。

    如果是固定的,那么它相當(dāng)于在導(dǎo)體球中心開了一個(gè)空腔,然后塞了一個(gè)電荷進(jìn)去,那就會(huì)產(chǎn)生我剛說的現(xiàn)象,分別在導(dǎo)體球的內(nèi)外表面上感應(yīng)出對(duì)應(yīng)的電荷。

    另外,如果導(dǎo)體空腔內(nèi)有電荷,那么空腔內(nèi)的場強(qiáng)不為零,但金屬導(dǎo)體的場強(qiáng)始終為零,沒有和高斯定律矛盾的地方。

    下圖是球形導(dǎo)體空腔內(nèi)有一正電荷的情況,在導(dǎo)體內(nèi)部(不含空腔)場強(qiáng)始終為零。注意空腔內(nèi)電場始終和空腔內(nèi)表面垂直。

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