導体の内外の電界の様子

導体の内外の電界の様子

(以下、導体には電流が流れていないとします)

一様な電界の中に導体を置くと、導体内部の自由電子は、電界から電界とは逆向きの静電気力を受けます。

そして、一部の電子はその静電気力によってすぐに反対側の表面に集まります:


すなわち、一端には負の電気、他端には正の電気が現れます(静電誘導)。

この結果、正の電気から負の電気の向き、つまり、一様な電界の向きとは逆向きの電界が新しく生まれ、自由電子を移動させることになります。

自由電子の移動は、導体内部で電界が0になるまで(導体の外の一様な電界の影響が無くなるまで)続きます(電界が0でないならば、自由電子は静電気力を受けて移動するからです)。

自由電子の移動が終わったとき、導体内部全体で電界は0であり、導体のいたる点での電位差も0、すなわち、等電位になります:



導体全体が等電位であるため、導体の表面は等電位面です。電気力線は等電位面と直交しますから、導体の周囲の電気力線は導体表面に垂直になります。


また、導体の内部に電荷がもしあるとすると、そこから電気力線が出ることになってしまい、導体内部に電界がないことに矛盾してしまいます。

したがって、電荷は導体内部には現れず、その表面に分布する、と言えます。


以上より、導体が一様な電界に置かれたとき:
・導体内部で電界は0
・導体全体は等電位
・電気力線は導体表面に垂直
・電荷は表面だけに分布する

という性質があることがわかりました。


上では導体を電界の中に置いて考えましたが、導体に電荷を与えた場合も、自由電子が移動し、導体内部の電界が0になるように表面に分布します。したがって、内部で電界は0、全体は等電位、電気力線は表面に垂直、という上と同じ性質を示します。
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