도체 내부의 전기장

도체가 외부 전기장에 배치되면 도체의 자유 전하가 재분배되어 매우 빠르게 정전기 평형에 도달합니다. 결과적인 전하 분포와 전기장은 가우스 법칙의 도움으로 조사할 수 있는 많은 흥미로운 특성을 가지고 있습니다.

양전하 근처에 금속 조각이 놓여 있다고 가정해 보겠습니다. 금속의 자유 전자는 외부 양전하를 끌어당겨 해당 영역으로 자유롭게 이동합니다. 그러면 이 영역에는 원자의 양성자보다 전자가 더 많은 반면, 전자가 이동한 영역에는 전자보다 양성자가 더 많습니다. 결과적으로, 금속은 전하 근처에서 음의 영역을 발달시키고 맨 끝에서 양의 영역을 발달시킵니다. 크기가 같고 반대 유형의 전하가 분리되는 것을 분극이라고 합니다. 외부 전하가 제거되면 전자는 다시 이동하여 양극 영역을 중화시킵니다. 금속의 분극은 외부 전하가 있을 때만 발생합니다.

도체가 분극되면 외부 전기장과 반대되는 도체 내부에 유도 전기장이 생성됩니다. 이는 도체 내부의 순 필드가 외부 필드와 다르며 외부 전하와 유도된 표면 전하 밀도로 인한 필드의 벡터 합임을 의미합니다. 자유전자는 유도된 전기장의 크기가 외부 전기장과 동일해지고 정전기적 평형이 이루어질 때까지 외부 전기장 하에서 계속 이동합니다. 따라서 정전기 평형 상태에서 도체 내부의 순 전기장은 0입니다. 가우스의 법칙에 따르면 도체 내부의 순 전기장이 0이면 도체의 부피 내에만 있는 가우스 표면으로 둘러싸인 순 전하는 없습니다. 따라서 도체 내부의 순 전하도 0입니다.