Определение поведения электрического поля за счет заряженной сферы внутри проводящей оболочки

Недавно мне задали вопрос, который звучал примерно так:

Сферический проводник подвешен внутри полой проводящей оболочки. Оболочка несет 0 полный заряд, в то время как сфера несет полный заряд Вопрос . Постройте график величины электрического поля по радиусу, проходящему от центра заряженной сферы.


Моя (казалось бы неверная) логика выглядела примерно так. Электрическое поле внутри проводящей сферы равно 0 (электрическое поле внутри любого проводника при электростатическом равновесии обязательно 0 ).

[ 1 ] Тогда между внешней поверхностью шара и внутренней поверхностью оболочки электрическое поле будет вести себя аналогично точечному заряду.

Затем электрическое поле возвращается к нулю внутри проводящей оболочки.

[ 2 ] Наконец, вне оболочки он снова ведет себя подобно точечному заряду.

Графически примерно так:

введите описание изображения здесь


Я пытаюсь понять, где именно я ошибся. Есть несколько вещей, которые мне не совсем ясны.

В [ 1 ] , как будет вести себя электрическое поле вблизи поверхности шара? Будет ли он просто стремиться к бесконечности? Далее в проводящей оболочке будет происходить наведенная зарядовая поляризация. Поэтому будет начисление Вопрос на внешней поверхности сферы, а заряд Вопрос на внутренней поверхности оболочки. Приведет ли это к «конденсаторному» поведению (я думаю, что нет, используя закон Гаусса, но я вполне могу ошибаться)?

В [ 2 ] , есть заряд Вопрос на внешней поверхности проводящей оболочки. Тогда мне кажется, что поведение здесь будет идентично поведению электрического поля между сферой и оболочкой, за исключением того, что оно будет продолжаться вдоль радиальной оси до бесконечности. Более того, мы можем найти это с помощью закона Гаусса (вложенный заряд не изменился). Верна ли моя интуиция?

Ответы (1)

  1. Электрическое поле вблизи поверхности:

    Слоевая плотность заряда на сферической поверхности

    о "=" Вопрос 4 π р 2 .
    Это создает электрическое поле
    Е "=" о ϵ о "=" Вопрос 4 π ϵ о р 2
    Поле при рассмотрении поверхностной плотности заряда точно такое же, как при использовании закона Гаусса.

  2. Индуцированный заряд диполярного слоя:

    Да. Вы можете рассмотреть диполярный слой между двумя поверхностями оболочки. Электрическое поле, индуцированное диполярным слоем, компенсирует электрическое поле от заряда в сфере. Эти два поля аннулируются, что приводит к нулевому полю внутри оболочки.

  3. Поле вне оболочки

    Таким образом, вы можете применить закон Гаусса в радиусе вне оболочки. Интенсивность поля.

    Е ( р ) "=" Вопрос 4 π ϵ о р 2 .
    Следовательно, напряженность поля будет продолжаться из пространства между поверхностью шара и оболочкой.

На вашем рисунке электрическое поле не продолжается.

введите описание изображения здесь