Путаница в отношении закона Гаусса и конденсаторов

В книге (Halliday Resnick Krane, 2-я часть, пятое издание) написано, что когда вы помещаете заряд в изолированный проводник, то внутри около 10 − 9 секунд все заряды уходят на поверхность проводника, а внутри проводника заряда нет. Даже если вы прорежете отверстие внутри проводника, то на поверхности вокруг отверстия в проводнике не будет суммарного заряда.

Аргументация применения заключается в использовании закона Гаусса и каким-то образом делается вывод о том, что «электрическое поле в проводнике должно быть равно нулю везде внутри него, иначе было бы какое-то поле и частицы не были бы стационарными».

Я считаю этот аргумент неверным. Предположим, вы берете изолированную сферу и в центр сферы помещаете отрицательный заряд величины − д , и постройте шестиугольник с произвольным расстоянием с центром в отрицательном заряде, и поместите положительный заряд на равную величину + Вопрос каждой вершине шестиугольника так, чтобы вся система находилась в равновесии (что такое значение положительного заряда, при котором система существует в равновесии, следует из «применения» теоремы о промежуточном значении на Вопрос "=" 0 и Вопрос "=" ∞ ).

Изображение по запросу (красный - отрицательный заряд величины − д и синие - положительные заряды величины Вопрос чтобы конфигурация была стабильной):введите описание изображения здесь

Но тогда внутри проводника есть некоторый заряд, поэтому суммарное поле не равно нулю, но частицы тоже неподвижны! Что не так с моим аргументом?

Вы не можете создать стабильную конфигурацию. en.wikipedia.org/wiki/Earnshaw%27s_theorem
@BowlOfRed Я имею в виду, что конфигурация не стабильна и не стационарна, а нестабильна, но стационарна.
Если он нестабилен, то отрицательные заряды будут притягиваться к положительным зарядам и объединяться. Они не останутся в разлуке.

Ответы (2)

Ваш аргумент, похоже, основан на фиксированных точечных зарядах и игнорировании других подвижных зарядов в проводнике. Предполагается, что заряды в проводниках подвижны под действием электрического поля. Перераспределение подвижных зарядов проводника за счет электрического поля приводит к тому, что поле внутри проводника становится равным нулю.

Делаю ли я вывод, что на расстоянии, сколь угодно близком к одному из этих зарядов, поле равно нулю?
@garyp - Если вы хотите узнать подробности экранирования электрического поля точечных зарядов в металле или полупроводнике подвижными носителями заряда (электронами), вы должны рассмотреть экранирование Томаса-Ферми или Дебая. См. en.wikipedia.org/wiki/Thomas –Fermi_screening en.wikipedia.org/wiki/Debye_length . Соответствующие длины экранирования обычно очень малы.
Я не понимаю, что вы пытаетесь сказать, но в своем аргументе я не предполагаю, что точечные заряды в шаре неподвижны — они могут двигаться свободно, но не будут, потому что результирующая сила, действующая на им равен нулю.
@AlexKChen - Чистая сила любого нерассеивающегося заряда (подвижного или неподвижного), который вы вкладываете в проводник, равна нулю. Но не по той причине, по которой вы это предлагаете, т. е. по другой точечной зарядке, которую вы туда ставите. Настоящая причина в том, что электрическое поле этих точечных зарядов экранируется подвижными зарядами проводника, так что электрические поля таких зарядов не могут проникнуть в проводник за пределы очень короткой длины экранирования (длины Томаса-Ферми или Дебая).
@AlexKChen — см. также en.wikipedia.org/wiki/Lindhard_theory

В книге говорится:

когда вы помещаете заряд в изолированный проводник, то внутри около 10 − 9 секунд все заряды уходят на поверхность проводника, а внутри проводника заряда нет.

Примерно это и произойдет, если вы поместите свои заряды внутрь проводника.

Как вы говорите, эта группа зарядов создаст ненулевое поле. Это поле приведет в движение свободные электроны внутри проводника, и в течение короткого промежутка времени, возможно, порядка наносекунд, поле внутри проводника исчезнет — оно будет нейтрализовано свободными электронами, занимающими свои новые позиции.

Если суммарный заряд группы не равен нулю, она окажется в виде дополнительных электронов или положительных ионов на внешней поверхности проводника. Например, если суммарный заряд группы составляет -1 микрокулон, около 6.4 × 10 12 электроны будут вытеснены и в конечном итоге распределены по поверхности проводника.

Путаница в отношении закона Гаусса и конденсаторов
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v