Электрическое поле внутри проводника

Когда проводник помещается во внешнее электрическое поле, свободные заряженные частицы в проводнике перераспределяются и очень быстро достигают электростатического равновесия. Результирующее распределение зарядов и его электрическое поле имеют много интересных свойств, которые можно изучать с помощью закона Гаусса.

Предположим, что кусок металла помещён рядом с положительным зарядом. Свободные электроны в металле притягиваются к внешнему положительному заряду и свободно мигрируют в направлении этого региона. В результате этот регион имеет избыток электронов по сравнению с протонами в атомах, в то время как регион, откуда электроны мигрировали, имеет больше протонов, чем электронов. Следовательно, в металле развивается отрицательный регион рядом с зарядом и положительный регион на дальнем конце. Это разделение заряда с равной величиной и противоположным типом заряда называется поляризацией. Электроны возвращаются и нейтрализуют положительный регион в случае удаления внешнего заряда. Поляризация металла происходит только в присутствии внешних зарядов.

Когда проводник поляризуется, внутри проводника образуется индуцированное электрическое поле, противоположное внешнему полю. Это означает, что чистое поле внутри проводника отличается от поля снаружи и является векторной суммой полей, обусловленных внешним зарядом и индуцированными плотностями поверхностного заряда. Свободные электроны непрерывно мигрируют под воздействием внешнего электрического поля, пока индуцированное электрическое поле не станет равным по величине внешнему полю и не установится электростатическое равновесие. Таким образом, чистое электрическое поле внутри проводника в условиях электростатического равновесия равно нулю. Из закона Гаусса, если чистое электрическое поле внутри проводника равно нулю, то нет нетто заряда, заключенного внутри гауссовой поверхности, полностью находящейся в объёме проводника. Таким образом, нетто заряд внутри проводника также равен нулю.