当前课程知识点：University Physics - Electricity and Magnetism > Chapter II Conductors and Dielectrics > Lecture 14 Properties of a conductor in electrostatic equilibrium (II) > Lecture 14 Properties of a conductor in electrostatic equilibrium (II)
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我们继续讨论静电平衡的导体。如图所示，一个任意形状的空腔导体。
假设，空腔内没有电荷。根据我们之前的讨论，导体壳内的电场为零，且导体壳的内外表面和导体壳内部电势相等。
现在我们来探究空腔内部的情况。在空腔内表面我们任意选取两个点A和B，这两点的电势相等。
我们用这个方程来计算A，B两点电势差。因为电势差为零，所以电场的线积分为零。
这个结果适用于导体表面任意两点之间的积分路径，因此空腔内部的电场处处为零。
我们已知道处于静电平衡的带电实心导体，净电荷仅分布在导体表面。
那么对于空腔导体，存在两个表面，外表面和内表面。在这种情况下，净电荷应该分布在哪里？仅在外表面，还是内表面还是两者都有呢？
假设电荷分布在内表面。我们在导体壳内部选取一个高斯面，图中用蓝色虚线表示。
应用高斯定理，穿过该面的通量为零，因此所围的净电荷必为零。这就意味着存在等量异号的电荷。
如果这个假设成立，内表面任意两点之间的电势差可能不为零。
这与导体表面是等势面的性质相违背。因此，净电荷应分布在空腔导体的外表面。
那么如果空腔内包含有电荷q呢？请看这幅图。我们在导体壳内任选一个高斯面。应用高斯定理，通量为零。
既然空腔内已有电荷+q, 要使高斯面内的净电荷为零，内表面必然有等量异号的感应电荷-q。
相应地，外表面也必然有感应电荷+q, 才能保证导体所带的电荷守恒。
下面，我们举几个静电平衡的例子。请看这幅图，正如讨论的，即使导体外部空间存在电场，但空腔内的电场为零。
电荷仅分布在导体壳外表面。如果你处于导体空腔内，你是安全的，因为空腔导体可以屏蔽外电场。
另外一个例子。如果空腔导体内有电荷，那么导体壳内外表面都会有感应电荷存在，如图所示。
但如果我们将导体壳外表面接地，外表面的正电荷与来自大地的电子相互抵消。
在这种情况下，结即使空腔内有电荷，但导体外部的区域是没有电场的。即内部电场就被空腔导体屏蔽了。
我们知道导体表面附近的电场大小正比于面电荷密度σ. 如图所示，一个任意形状带正电荷的导体。
我们注意到表面电荷密度是不均匀的。曲率半径小的地方面电荷密度大，曲率半径大的地方面电荷密度小。
因此，导体尖端表面附近的电场会非常强。电晕放电的现象就与这个性质有关。
当导体表面附近的电场非常强，导体附近的自由电子运动速度非常快，导致空气发生电离而产生更多的自由电子。
当这些自由电子和电离的空气分子发生复合，就会观察到发光的现象。
电离过程和电晕放电最容易发生在不规则形状导体的尖端附近。
至此我们研究了静电平衡导体的性质。下一讲，我们将讨论另一种材料——电介质。
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