Умова рівноваги заряду на провіднику
Провідник - тіло, в якому є вільні носії заряду, тобто заряджені частинки, які можуть вільно переміщатися всередині цього тіла.
Напруженість поля всюди всередині провідника повинна дорівнювати нулю Е = 0.
Напруженість поля на поверхні провідника повинна бути в кожній точці спрямована по нормалі до поверхні в іншому випадку з'являється складова спрямована уздовж поверхні, що буде призводити до переміщення зарядів до тих пір поки не пропаде складова .Отже, в разі рівноваги зарядів поверхня провідника буде еквіпотенційної. Якщо проводить тілу повідомити деякий заряд q, то він розподілиться так, щоб дотримувалися умови рівноваги. Уявімо собі довільну замкнуту поверхню, повністю укладену в межах тіла. Оскільки при рівновазі зарядів поле в кожній точці всередині провідника відсутнє, потік вектора електричного зміщення через поверхню дорівнює нулю. Згідно з теоремою Гаусса алгебраїчна сума зарядів всередині поверхні також буде дорівнює нулю.
Отже, при рівновазі ні в якому місці усередині провідника не може бути надлишкових зарядів - усі вони розташовані на поверхні провідника з деякою густиною. Оскільки в стані рівноваги усередині провідника надлишкових зарядів немає, видалення речовини з деякого обсягу, взятого всередині провідника, ніяк не відіб'ється на стані рівноваги розташуванні зарядів. Таким чином, надлишковий заряд розподіляється на підлогою провіднику так само, як і на суцільному, тобто по його зовнішній поверхні. На поверхні порожнини в стані рівноваги надлишкові заряди розташовуватися не можуть.
Розглянемо умови рівноваги зарядів у провіднику, скориставшись поняттям різниці потенціалів. при рівновазі зарядів напруженість поля в провіднику повинна дорівнювати нулю (т. е. електричне поле в провіднику відсутня). Але на підставі це означає, що різниця потенціалів між будь-якими точками провідника дорівнює нулю. Це відноситься також і на всі точки поверхні провідника. Отже, поверхня провідника є еквіпотенційної поверхнею.
Так як лінії поля перпендикулярні до всіх еквіпотенціальною поверхнею, то вони перпендикулярні до поверхні провідника.
Якщо ми маємо два ізольованих провідника 1 та 2 (рис. 42), то поверхня кожного з них повинна бути еквіпотенційної поверхнею. Але між поверхнями цих двох провідників може існувати різниця потенціалів. Що станеться, якщо ці два провідника з'єднати металевим дротом? Між кінцями цієї дроту буде існувати різниця потенціалів, що дорівнює різниці потенціалів провідників. Отже, уздовж дроту буде діяти електричне поле, і тому в ній почнеться рух вільних електронів, що переходять в бік зростання потенціалу, бо електрони мають негативний заряд. Разом з цим рухом почнеться і переміщення електронів по провідниках 1 і 2, в результаті якого имевшаяся спочатку різниця потенціалів між провідниками буде зменшуватися. Рух електронів, т. Е. Електричний струм в провідниках і в що з'єднує їх дроті, триватиме до тих пір, поки різниця потенціалів між усіма точками цих провідників не стане рівною нулю і поверхні обох провідників і дроту між ними не стануть однією еквіпотенційної поверхнею.
Наш земну кулю в цілому є провідником. Тому поверхня Землі є також Еквіпотенціальна поверхню. При побудові еквіпотенційних поверхонь нерідко вибирають в якості нульової еквіпотен-
Мал. 42. До поясненню виникнення руху зарядів при наявності різниці потенціалів
соціальну поверхню, збігається з поверхнею Землі, і іноді кажуть замість «різниця потенціалів» просто «потенціал» в даній точці. При цьому мають на увазі ту різницю потенціалів, яка існує між цією точкою і якою-небудь точкою поверхні Землі. вибір поверхні Землі в якості нульової еквіпотенційної поверхні є умовним.