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导体表面的电场
23.10
考虑将一根金属接地线放置在输电塔顶部。当带有静电的云层接近该输电塔时,金属导线表面会产生感应电荷。
导体的静电平衡确保了导体外部的电场垂直于其表面,而在导体内部电场则为零。
假设通过该导体存在一个无穷小的圆柱形高斯表面,则可计算该导体表面的电场。
在曲面上,通量为零;而在平坦端面,通量等于电场强度乘以面积。
在假设表面电荷密度恒定的情况下,由平面高斯面所包围的总电荷等于表面电荷密度乘以表面积。
根据高斯定律,总电通量等于闭合曲面内的电荷除以真空介电常数。
重新整理各项后,可得到导体表面电场强度的大小。
因此,导体表面的电场仅取决于其表面电荷密度。
假设处于静电平衡的导体。 导体内部的净电场消失,导体上的额外电荷驻留在其外表面上,无论它们来自何处。
19世纪,迈克尔·法拉第进行了著名的冰桶实验,证明电荷始终驻留在导体的表面。 实验装置由安装在绝缘支架上的导电不带电容器组成。 容器的外表面连接到验电器。 当带有绝缘线的带正电的金属球放入容器而不接…