静電誘導について

質問

静電誘導について疑問があります。
例えば電場Ｅの中に直方体の導体を挿入するとします。
このとき電場の方向を正とします。
導体の片方は自由電子が引き寄せられ、正の電荷は遠ざかります。
この時教科書には導体内部で正から負の電荷にできる電場がＥとなるまで移動し平衡状態になるため、導体内部は電場が0で等電位となります。
ここで疑問なのですが、負電荷と逆方向に正電荷からの電場はなぜ考えないのでしょうか？
また別の例で、空洞な球の中に正電荷があるとします。
空洞内部の表面はそれと同じ電荷の負電荷が、外側には正電荷が反発します。
このとき、電荷は正電荷から負電荷に電気力線が入るので、球内部の電気力線は外部に出ず、外側の正電荷は電気力線を出します。
これも導体内部は等電位ですが、それならば前者の考え方で外側と内側の電荷が作る電場で球内部の電場を打ち消しあっていることになります。
しかし、もしそうであるなら、球内部の電荷の電場は導体を貫通していることになり、これもまた球内部の電場と外部の電場が等しいと考えていい理由が分かりません。
長々と書いてしまいましたが、解答お願いします。

回答No.3

yokkun831

添付図を訂正しました。ごめんなさい。

回答No.2

yokkun831

>ここで疑問なのですが、負電荷と逆方向に正電荷からの電場はなぜ考えないのでしょうか？

電気力線は，正電荷から出て負電荷に入るのですから一方を考えれば十分なのですが，それぞれを単独として両方がつくる電気力線を考えてもいいのですよ！

yoshi456さんの電場のイメージは，かなり本質をとらえていると思いますのですぐに理解できると思います。

電荷が複数あれば生じる電場はそれぞれの電荷がつくる電場の重ね合わせになるという点を徹底して考えれば疑問は晴れると思います。はじめから導体内の電場がゼロであると考える必然性はないのです。静電誘導の結果生じた正負の電荷がつくる電場が外部の電場と重ね合わせになる結果として内部電場がゼロになるのですね。電気力線は導体であろうと何であろうとすべてを貫通すると割り切って考えてみてください。すっきりすると思います。導体内部の電場ゼロは結果であって原因ではないのです。

最初の静電誘導の状態を考えます。誘導によって生じた正電荷は上下に電場をつくります。また，負電荷の方も同じです。外部電場も加えて３つを重ね合わせてみてください。最終状態にまったく矛盾のないことがわかると思います。

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お礼

回答ありがとうございます。
たいへん分かりやすい説明でスッキリしました。

回答No.1

_takuan_

なにを疑問に思っているのかが不明瞭なので、憶測で回答しますと・・

金属では、内部に電場が発生すると、それを打ち消す形に自由電子が移動し、電場を０に保ちます。なので、表面から放出される電場成分のみが残ることになります。直方体の金属では、下図のようなイメージです。

　　　　　　　　　　+　　　　　　　　　　-　　　　　　　
　　　Ｅ→　　　-　+　　　中性　　　-　+　　　→Ｅ
　　　　　　　　　　+　　　　　　　　　　-　　　　　　

但し、右側だけでなく、上下からも二次電場は発生すると思われます。

球体の場合も同じです。内部の正電荷から放出された電場は、球内部の負電荷で「終端」し、金属内では電子の複雑なフォーメーションにより電場が０になります。
そして、球外部に押しやられた正電荷が新たに外向きの電場を放出するのです。