Электричество и электрическая железная дорога. Конспект лекций по физике, страница 7

Если внутри проводника имеется полость, то в ней электростатическое поле также бы отсутствовало. Это используется для электростатической защиты приборов и предметов от воздействия внешних электрических полей.

Так как , то потенциал проводника постоянен. Снаружи вектор напряженности и силовые линии электростатического поля ортогональны к поверхности проводника, которая также является эквипотенциальной.

2. Поле около поверхности обусловлено поверхностными электрическими зарядами. Установим связь между величиной вектора напряженности и поверхностным зарядом, используя теорему Гаусса. По теореме поток вектора напряженности сквозь замкнутую поверхность равен отношению заряда внутри этой поверхности к абсолютной диэлектрической проницаемости среды: . Поверхность интегрирования выберем в форме цилиндра, ось которого нормальна к поверхности (рис. 3.3).  Силовые линии пронзают только внешний торец цилиндра, поток вектора напряженности через который равен произведению напряженности на площадь торца,  ES. Заряд, который находится внутри цилиндра, вырезан им на поверхности проводника.  Если поверхностная плотность электрического заряда σ, то величина заряда на вырезанном диске равна σS.  По теореме Гаусса . Отсюда  .

3.  Напряженность электростатического поля зависит от кривизны поверхности проводника. Пусть два шарика большого и малого радиуса соединены между собой проводником и заряжены. Их потенциалы одинаковы. Напряженность около поверхности и потенциал шарика определяются формулами  .   Сопоставляя формулы, видим, что  , напряженность обратно пропорциональна радиусу кривизны. При одинаковых потенциалах шариков напряженность выше около поверхности шарика малого радиуса.

4. Если поверхность заряженного тела заострена, то около острия с малым радиусом кривизны напряженность электростатического поля может достигать достаточно больших значений, при котором происходит пробой воздуха и его ионизация. Ионы, двигаясь в поле острия, создают «электрический ветер».

Пробой воздуха при атмосферном давлении происходит при напряженности поля выше 3 кв/мм. Для защиты от удара молний устанавливают громоотводы  (молниеотводы). Во время грозы между облаками и землей создается электрическое поле, вызывающее электрический разряд около острия громоотвода и создание проводящего канала в воздухе. По нему происходит разряд молнии.

На тяговых подстанциях железной дороги для защиты от молний кроме громоотводов устанавливают электрические разрядники. Они имеют два электрода, разделенные воздушным промежутком, которые  подсоединены к линии электропередачи и к заземлению. Разрядники подключены параллельно аппаратуре подстанции. В рабочем режиме ток через разрядник отсутствует даже при высоком напряжении ЛЭП, 220 кВ.  При ударе молнии в провод линии электропередачи перенапряжение на электродах разрядника вызывает дуговой разряд.  Сопротивление дуги незначительно и ток молнии уходит на заземление, не попадая на трансформаторы и другие приборы.

5. Если в электростатическом поле эквипотенциальную поверхность заменить проводящей поверхностью, то поле не изменится. На этом основан метод зеркальных изображений.  Например, в поле двух разноименных одинаковых зарядов поверхность нулевого потенциала это плоскость, расположенная посередине (рис. 3.4).

Наоборот, если около проводящей, заземленной плоскости, потенциал которой равен нулю, находится точечный заряд, то поле заряда и индуцированных зарядов плоскости  будет идентично полю двух разноименных зарядов. Заряд изображения находится за плоскостью на таком же расстоянии.

Контрольные вопросы

1. Если к заряженной бумажной гильзе, подвешенной на нити поднести предмет, то гильза отклоняется. Почему это происходит?

2. Как можно сообщить электрический заряд пластмассовой палочке?

3. Почему мелкие пылинки, кусочки бумаги притягиваются к наэлектризованной пластмассовой палочке?

4. В неоднородном электрическом поле находится незаряженный маленький шарик. Как будет двигаться шарик? Что будет с шариком в однородном электрическом поле?