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电场中的导体与介质

電場の中の物体

IV 電気と磁気／電場の中の物体

一句话结论

静电平衡时导体内部 E = 0、整体是一个等势体，净电荷只分布在外表面。介质放进电场则发生极化，内部场被削弱但不为零，削弱倍数就是相对介电常数 εr。

把一块金属放进电场，内部的自由电子会立刻移动，直到内部电场被完全抵消为止。这个过程叫静电感应，结果是导体内部场强为零——不是因为外场消失了，而是因为感应电荷造出的场恰好把它抵消了。

为什么是这样

导体里有自由电子。只要内部还残留一点电场，电子就会继续移动；移动会产生反向的场；直到反向场恰好抵消外场，电子才停下。所以静电平衡的判据就是内部场强为零——这是自动达成的，不是特殊条件。

由此得到三个连锁结论：内部 E = 0；导体整体是等势体（否则内部会有场）；净电荷只能待在外表面（内部任何位置有净电荷都会产生内部场）。

介质（誘電体）没有自由电子，只能让分子内部的正负电荷轻微错位，这叫极化。所以介质内部的场被削弱但不为零，削弱的倍数正是相对介电常数 εr。这个区别是下一节电容器插入介质与插入导体结果完全不同的原因。

静电平衡的导体：内部 E=0，整体电位相同。这两句话本身就是解题工具——题目给一块导体，就可以直接写出这两个条件。

静电屏蔽（静電遮蔽）是它的直接应用：用金属壳包围的空间内部不受外部电场影响。这就是为什么汽车和飞机在雷击时相对安全，也是同轴电缆屏蔽层的原理。

介质中的场 E = E₀ / εr，其中 E₀ 是真空中的场。相应地库仑力也除以 εr。水的 εr 约 80，所以水中同样两个电荷之间的力只有真空中的八十分之一。

E = 0

适用条件

遇到「导体」两个字，先写下三条：内部 E = 0、整体等势、电荷在外表面。多数题目问的就是这三条的某一个推论。

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