静电平衡中导体上电荷分布位置的有关问题

静电平衡中导体上电荷分布位置的有关问题
导体上电荷之所以分布在导体表面,是因为其中有场强,那么为何必须让电荷在表面才会平衡,在导体中间某处不可以么?
物理人气:359 ℃时间:2019-08-28 04:21:23
优质解答
确切地讲是处于静电平衡的导体净电荷只分布在导体表面上.
因为如果导体内部有净电荷的话,导体内部电场就不为零,那么净电荷将继续移动(这也说明此时导体并未平衡),直到导体内部电场为零,净电荷为零为止,此时导体处于静电平衡状态.既然内部有电场,那内部的可移动电荷必然要受到电场力作用而发生移动。因此你可以很容易地推得,当电荷停止移动时,内部电场必为零。而如果内部还有净电荷的话,又会造成内部电场不为零,因此最后净电荷必定全部在导体表面。
另外,由于处于静电平衡下的导体是个等势体,如果内部存在净电荷从而有电场分布,那么在导体内部必然有电势变化,这和导体是个等势体矛盾的。问题是这个电荷是固定在球中心的?如果是,那么它只会在导体内壁感应出等量异种电荷,并在球表面感应出等量同种电荷,在导体球内部还是没有净电荷的(指导体实心部分,空心导体球的空腔部分不是我们这里所说的导体内部)

仍然是我刚才的回答,这个电荷是固定的吗?如果不是,是自由电荷,那么它不会停在导体球中心,会移到导体球表面去。

如果是固定的,那么它相当于在导体球中心开了一个空腔,然后塞了一个电荷进去,那就会产生我刚说的现象,分别在导体球的内外表面上感应出对应的电荷。

另外,如果导体空腔内有电荷,那么空腔内的场强不为零,但金属导体的场强始终为零,没有和高斯定律矛盾的地方。

下图是球形导体空腔内有一正电荷的情况,在导体内部(不含空腔)场强始终为零。注意空腔内电场始终和空腔内表面垂直。

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