Проводники в электростатическом поле. Диэлектрики в электростатическом поле. Диэлектрическая проницаемость вещества. Если тело поместить в электрическое поле, то поле проникает в это тело и вызывает перемещение электрических зарядов в этом теле. Перемещение электрических зарядов зависит от свойств материала, из которого сделано тело.

Проводники в электростатическом поле.
В металле под действием внешнего электрического поля с напряженностью E свободные электроны перемещаются к поверхности, которая получает отрицательный заряд.
Противоположная поверхность получает такой же положительный заряд, т. к. здесь плотность положительных ионов кристаллической решётки становится больше плотности электронов. Явление смещения свободных заряженных частиц на поверхность проводника, помещенного в электрическое поле, называется электростатической индукцией.

Перемещённые заряды создают в проводнике внутреннее электрическое поле с напряженностью E', направленное противоположно внешнему. Движение свободных электронов происходит быстро и прекращается, когда напряженности внешнего и внутреннего полей станут равными (но противоположно направленными). Благодаря перераспределению свободных заряженных частиц электростатическое  поле внутри  проводника равно 0. Следовательно, напряжение между любыми двумя точками проводника равно нулю и, потенциал его во всех точках один и тот же.

Рис. 1.
Условно показан проводник, помещённый в электрическое поле между заряженными металлическими пластинами. Если внешнего электрического поля нет, то электроны в металле расположеныхаотично, их электрическое поле компенсируется полем положительных ионов, размещённых в узлах кристаллической решётки. Поэтому незаряженный металл в целом нейтрален. хотя каждая полярная молекула создает свое слабое электрическое поле. Рассмотрим диэлектрик, помещенный в однородное электрическое поле с напряженностью E между двумя заряженными металлическими пластинами. Если проводник помещён в электрическое поле, то электроны немного смещаются, накапливаясь вблизи поверхности проводника. При этом на поверхности проводника появляются заряды, располагающиеся так, чтобы внутри проводника электрическое поле равно нулю.

Если в электростатическое поле поместить проводник с полостью, то и в этом случае заряженные частицы будут только на внешней поверхности. Внутри  металла  и  внутри полости электрическое поле равно нулю. Это свойство проводников используется для электростатического экранирования, т. е. для защиты от действия внешнего электрического поля.

Различие во внутреннем строении проводников и диэлектриков определяет и различия в поведении этих веществ в электрическом поле. При помещении проводников в электрическое поле свободные заряды начинают перемещаться под действием сил поля. Рассмотрим это на примере металлического проводника. Пусть металлический проводник помещен во внешнее электрическое поле напряженностью E. Тогда на электроны в проводнике будут действовать силы, равные по величине F=eE, где e - заряд электрона, и направленные противоположно силовым линиям поля. Под действием этих сил свободные электроны сместятся к поверхности проводника. Вследствие этого около поверхности AB скопится избыточный отрицательный заряд и она зарядится отрицательно, а у противоположной поверхности CD образуется некомпенсированный положительный заряд (свободные электроны уйдут отсюда к поверхности АВ)  и  она,   таким образом, зарядится  положительно. Между заряженными поверхностями металла AB и CD, внутри его, образуется электрическое поле, направленное противоположно внешнему полю. Это внутреннее поле в металле будет ослаблять силу, действующую на свободные электроны. Когда напряженность внутреннего поля в металле станет равной напряженности внешнего поля, сила, действующая на электроны, станет равной нулю и электроны перестанут перемещаться внутри металла. Следовательно, равновесию зарядов в проводнике соответствует отсутствие поля внутри проводника. 

Силовые линии внешнего поля всегда перпендикулярны к поверхности проводника, если заряды на проводнике находятся в равновесии. Ведь если бы силовая линия была направлена к поверхности проводника под углом, отличным от прямого, то вектор напряженности поля E можно было бы разложить на две составляющие E1 и E2, одна из которых перпендикулярна к поверхности проводника, а другая лежит на этой поверхности (точнее, в плоскости, касательной к ней). Составляющая E2 вызвала бы движение зарядов вдоль поверхности, но заряды находятся в равновесии. Поэтому  E2 = 0, т. е. вектор E и силовая линия, к которой он является касательной, перпендикулярны к поверхности проводника. Для силовых линий внешнего электрического поля металл оказывается как бы непроницаемым. Такое свойство металла используется при устройстве электростатического экранирования, или защиты. Если область пространства, в котором действует электрическое поле, полностью охвачена металлической поверхностью, то внутри нее электрическое поле отсутствует.

Диэлектрики в электростатическом поле.

Диэлектрики в электрическом поле ведут себя иначе. В них нет свободных зарядов. Имеющиеся в них заряженные частицы могут лишь немного смещаться и поворачиваться около положения равновесия. Поэтому в электрическом поле эти частицы располагаются так, чтобы силовые линии, создаваемые их зарядами, были направлены против силовых линий внешнего поля (см. рис. 2).

 Рис. 2
Диэлектрик помещён в электрическое поле между заряженными металлическими пластинами. Если внешнего электрического поля нет, то полярные молекулы в диэлектрике расположены хаотично, их электрические моменты компенсируют друг друга и поэтому в среднем не создают электрического поля. Поэтому тела, в состав которых входят полярные молекулы, в целом нейтральны, хотя каждая полярная молекула создает свое слабое электрическое поле. Рассмотрим диэлектрик, помещенный в однородное электрическое поле с напряженностью E между двумя заряженными металлическими пластинами. Если диэлектрик, содержащий полярные молекулы (молекулы-диполи), помещён в электрическое поле, то эти молекулы диэлектрика являются диполями и поэтому немного поворачиваются вдоль силовых линий электрического поля. При этом внутри диэлектрик остаётся нейтральным, но на его поверхности появляются заряды, ослабляющие внешнее электрическое поле.

Поле внутри диэлектрика тоже будет ослаблено, но не исчезнет совсем, как в металле, потому что здесь свободное движение зарядов невозможно, и потому у поверхностей диэлектрика не может образоваться больших зарядов. Тем не менее, поверхности диэлектрика все же окажутся заряженными, хотя и слабее, чем у металла. Такое состояние диэлектрика, когда внешнее поле внутри него ослаблено, а поверхности оказываются заряженными, называется поляризованным. Ослабление поля внутри диэлектрика определяется деталями его внутренней структуры, и поэтому оно различно у различных диэлектриков.