Я, наверное, что-то упускаю или недостаточно хорошо разбираюсь в проводниках. Но у меня есть вопрос, связанный с заголовком этого сообщения.
Во многих местах вы читали, что внутри проводника не может быть электрического поля. Аргументы обычно идут в соответствии с тем, что, поскольку существует электрическое поле, заряды внутри проводника будут перестраиваться, поэтому поле нейтрализуется. Очень просто сказано.
Чего я не понимаю, так это того, что эти швы предполагают, что всегда есть «достаточно» заряда для перераспределения. Чтобы прояснить мое замешательство, предположим, что у нас есть проводящая твердая сфера с некоторым зарядом. Если мы приложим к этой сфере «большое» внешнее статическое поле, заряды внутри нее будут стремиться нейтрализовать его. Но что делать, если общего заряда внутри него недостаточно? Суммарный заряд в сфере может генерировать лишь ограниченное поле, а внешнее может быть сколь угодно большим. Что, если внешнее поле настолько велико, что создаваемый им потенциал от одной стороны сферы к другой больше, чем может генерировать внутренний заряд?
Как я уже сказал, я, вероятно, упускаю что-то важное, но может ли кто-нибудь указать на ошибку в приведенном выше аргументе?
В статике внутри проводника нет электрического поля. Если у вас есть источник энергии и вы подаете ток (например) на проводящую нить накала лампочки, закон Ома дает ненулевое решение для электрического поля внутри этой нити.
Так что «отсутствие электрического поля» верно для электростатики, а не для множества интересных технологий, где ток течет по проводникам. Тем не менее, между мной и электростанцией могут быть километры провода, и падение напряжения в нескольких миллиметрах медной линии передачи будет незначительным. Поле действительно маленькое, так что это хорошее приближение даже для проводников с током.
это, по-видимому, предполагает, что всегда есть «достаточно» заряда для перераспределения.
Потребовалось МНОГО работы, чтобы произвести полевые транзисторы, которые на самом деле ДЕЙСТВИТЕЛЬНО имеют практический предел количества заряда, который может перераспределяться, так что канал может быть истощен тем, что в противном случае было бы свободным зарядом. Итак, да, есть также полезные устройства с истощением материала на микродюйм или около того, организованные внешним полем. Это не то, что вы можете сделать с большими образцами на столе. Требования к чистоте полупроводников были несколько сложными.
Если поле становится сильнее, электроны вблизи поверхности проводника будут ощущать более сильное остаточное поле, пока некоторые из них не вылетят в виде искры, которая ударит в ваш источник напряжения и уменьшит создаваемое им напряжение.
Давайте посмотрим на цифры.
Атомы обычно представляют собой ангстрем ( м) поперек. Металлический проводник обычно имеет один электрон проводимости на атом.
Кулон — это большое количество заряда: макроскопический ток 1 А в секунду. Это также электроны.
В сумме получается, что один кулон соответствует заряду только первого слоя атомов на участке поверхности проводника площадью 60 см2. Первый нанометр в 10 раз больше; первый микрон в десять тысяч раз больше.
Если вы не проводите эксперимент, направленный на действительно экстремальные условия, у вас не кончаются заряды в металлических проводниках.
Маттиас Свенссон