導體能傳導或輸送電荷。在靜電狀態下，導體可定義作這樣一種媒質：在它的內部電場永等於零。也就是說，導體各部分的電場，必然相等。銅、黃銅、鋁和銀等金屬都是導體。金屬導體被攜入電場後，由於電場的作用，使導體內的電子流動，建立起面電荷分布，以使導體內的總電場為零， 否則導體各部分就具有不同的電位。構成面分布的電荷叫作感應電荷。原來的場叫做外施場Ea，由面分布電荷形成的場叫做感應場Ei。 外施場和感應場在導體裡形成的總電場等於零。達到靜態後，導體內部的總電場固然等於零，但是，當感應電荷移動時，也就是說，在有電流流動的時間裡，總電場並不等於零。總起來說，在靜電狀態下，導體內部的電場等於零，其電位為一常數，電荷被推斥到導體表面上。但一般來說，電荷面密度並不一定是常數。
基本介紹
- 中文名：感應電荷
- 外文名：induced charges
- 別稱：應電荷
- 所屬學科：物理學
- 相關概念：靜電感應，導體，感應場等
基本介紹,定理,驗電器,
基本介紹
構想使一個帶正電的金屬物體靠近一個不帶電的金屬物體。如果讓它們兩個接觸的話，那么中性物體中的自由電子將被帶正電的那個物體吸引，並有一些自由電子會跑到帶正電的那個物體上，如圖1所示。因為第二個物體起初是中性的，現在失去一些負電子而帶淨正電荷。這個過程稱為“傳導或接觸起電”，最終，兩個物體帶有同號電荷。
圖1(a)一根中性的金屬棒；(b)如果與帶正電荷的金屬物體相接觸，將獲得正電荷。這就是所謂的傳導帶電。
現在構想一個帶正電的物體去靠近一根呈中性的金屬棒，但不接觸。雖然金屬棒中的自由電子不會離開，但它們在金屬棒中仍然會向著正電荷移動，而使得金屬棒中的正電荷移到了另一端(圖2)，這樣，電荷就被稱作在金屬棒的兩端被感應了。但在金屬棒中沒有淨電荷產生，電荷只是在金屬棒中被分離了。金屬棒的淨電荷仍然為零。然而，如果金屬棒被分成兩段，將得到兩種帶電的物體：一個帶正電荷，而另一個帶負電荷。
圖2通過感應帶電另一個使金屬物體感應出淨電荷的方法是：首先，用導線將它接地，如圖3a所示。物體即被說成是接地。因為地球是如此之大，因而它能很容易地傳導、接受或放出電子。所以，地球扮演的角色就像一個電荷的大水庫。如果一個帶電物體(假設為負電)靠近金屬物體，金屬中的自由電子就被排斥，它們中的很多部分就將沿著導線進入地面，如圖3b所示。這將使得金屬帶上正電。如果此時將導線切斷，金屬物體上將具有正的感應電荷(圖3c)；如果將帶負電的物體移開之後再切斷導線，所有的電子將移回到金屬物體而使它仍為中性。
圖3 接地物體上的感應帶電電荷分離也能在非導體中發生。如果你將帶正電的物體靠近一個中性的非導體，如圖4所示。幾乎沒有電子能在非導體中自由移動，但它們能在各自的原子和分子中有微量的移動。圖4中，每個橢圓代表一個分子(不成比例)；帶負電的電子和外部的正電荷相吸引，使得電子在分子範圍內向正電荷方向移動。因為非導體巾的負電荷更靠近外部的正電荷，因而從整體上看，非導體被外部的正電荷吸引。
圖4定理
導體上的感應電荷絕對值小於施感電荷
一個導體B處於點電荷q的電場中，由於靜電感應，導體B上出現感應電荷。與施感電荷q相近的一側出現與q異號的電荷，遠離一側出現與q同號的感應電荷，如圖所示。由於導體B周同只存在施感電荷q，因而導體B左端的負感應電荷絕對值q'應小於等於施感電荷q。
我們利用電力線的性質可以證明以上的結論。由於電力線發自於正電荷(或無限遠)，而終止於負電荷(或無限遠)，在無電荷處電力線連續。因此，導體B左端一定有電力線終止．這些電力線不能從沒有電荷的地方出發，它們的來源只有三種可能途經：(1)來自施感電荷q；(2)來自導體B右端的感應正電荷；(3)來自無限遠處的正電荷。下面利用電力線的性質來排除不可能的項。
首先，設終止於B左端的電力線來自於B右端的正電荷。根據電力線的性質，電力線是不閉合的，即電力線上各點的電勢沿電力線方向不斷減小。如果電力線從B的右端發出而終止於B的左端，則同一條電力線上的電勢應不相等，即B的左端電勢低於B的右端，這顯然與導體靜電平衡時導體是個等勢體的特點不符合，情況(2)應排除。
其次，設終止於B左端的電力線發自無限遠處的正電荷。根據電力線的性質，無限遠處的電勢高於B處左端的電勢。另一方面，B右端的正電荷所發的電力線既然不能終止於B的左端，那只能終止於無限遠，則有B右端的電勢高於無限遠處的電勢。由於導體是個等勢體，兩者出現矛盾的結果，顯然情況(3)應排除。這樣只剩下情況(1)，於是可以肯定，B左端的電力線全部來自施感電荷q。最後，由電力線的特點，終止於B左端的電力線條數為
，而電荷q發出的電力線總條數為
，因此，我們有
。
圖5導體B處於點電荷q的電場中出現感應電荷驗電器
驗電器(electroscope)是一種用來檢驗電荷的裝置。如圖6所示。容器盒中有兩片可以擺動的金屬箔片(通常用金做成)和外面的金屬球相連。(有時只有一片箔片是可擺動的。)
圖6驗電器如果使帶正電的物體靠近球，將引起電荷的分離：電子被吸引到球上而使得箔片帶正電，如圖7a所示。如圖，兩片箔片相互排斥，因為它們都帶正電。如果球是通過傳導帶上電的，那么整個裝置獲得了淨電荷，如圖7b所示。在上面兩種(不管哪種)情況中，帶電量越多，箔片分離得越厲害。請注意，用這種方法．你還不能確定電荷的符號。因為，負電荷和帶等量的正電荷都能使得箔片相互排斥，並將使得箔片分開完全相同的角度。然而，如果驗電器通過傳導首先讓它帶上電，比如負電荷，如圖8a所示，就能用來確定電荷的正負。現在，如果使一個帶負電荷的物體去靠近驗電器，如圖8b所示，那么更多的電子被感應到下面的箔片上。而使得箔片分得更開。而如果是帶正電荷的物體去靠近的話，電子將被往上感應，使得箔片所帶負電荷減少，而是箔片分開角度減小，如圖8c所示。
圖7 驗電器通過(a)感應，(b)傳導而帶電
圖8圖8 一個已經帶電的驗電器可以用來確定一個帶電物體所帶電的符號。
驗電器(electroscope)是早期用來研究電的裝置。同樣的原理並輔以一些電子設備被用於靈敏得多的現代靜電計(electrometers)上。
