2.9. Проводники в электрическом поле
Электрический ток возникает, когда напряжённость поля внутри вещества становится отличной от нуля. Но его возникновение имеет место далеко не во всех веществах. При наложении поля ток возникает в металлах, водных растворах кислот и щелочей и, при определённых условиях, в газах, то есть в проводниках.
Оставив пока в стороне признак, по которому вещества делят на классы проводников и диэлектриков, рассмотрим более подробно особенности их реакции на внешнее по отношению к ним электрическое поле.Целым рядом специально поставленных опытов было установлено, что внутри металла электроны могут свободно перемещаться по всему объёму. Одним из таких опытов был опыт по обнаружению инерции электронов. Оказалось, что электрический ток возникает в момент резкого торможения быстро вращающейся катушки, так как электроны продолжают двигаться по инерции. О том, что свободными являются именно они, свидетельствовало направление возникшего тока.
Современная электронная теория объясняет наличие свободных электронов в металлах отщеплением валентных, наиболее слабо связанных с ядром, электронов в тот момент, когда металл переходит из газообразного состояния в жидкое либо твердое. Оставшиеся после отщепления электронов ионы образуют кристаллическую решетку, в промежутках которой беспорядочно движутся электроны.
Концентрация свободных электронов внутри металла очень велика, ее порядок сравним с числом Авогадро. Понятие о последнем позволяет легко находить концентрацию атомов вещества по его плотности r и молярной массе m. Зная валентность, можно определить, сколько электронов отщепилось от каждого атома, т.е. оценить их концентрацию.
Пусть N — общее число атомов в объеме V, тогда концентрация
 ,  | (2.63) |
где N0 — число Авогадро; 
— число молей; r — плотность вещества.
Если взять табличные значения для меди (r = 8,9 г/см3, μ = 64 г/моль), то концентрация атомов получится около 1022 см–3. Поскольку медь одновалентна, то на один атом приходится один валентный электрон, и концентрация свободных электронов будет такой же. Для алюминия она будет втрое выше, поскольку он трёхвалентен. Сколь угодно слабое внешнее электрическое поле вызывает движение электронов в направлении против поля (электроны отрицательны!). В результате перемешанные ранее положительные и отрицательные заряды будут разделены: положительные останутся на месте, отрицательные сместятся против поля. Если проводник в это время разделить пополам, то части его останутся заряженными, даже если поле убрать. Заряд исчезнет, как только соединим части проводника: тепловое движение перемешает заряды.
Явление разделения зарядов в проводнике, внесённом в электрическое поле, носит название электростатической индукции. Явление имеет важное следствие: индуцированные заряды, разойдясь в противоположные концы, создают индуцированное поле, которое направлено против внешнего поля (рис. 2.17). Смещение свободных зарядов проводника из-за их множества будет происходить до тех пор, пока поле внешнее и поле индуцированное не сравняются, а напряжённость внутри проводника, помещенного в поле, не станет равна нулю.
Это свойство используется для электростатической защиты: прибор, который нужно изолировать от внешних электрических полей, помещают в металлический кожух, который может быть выполненным и из металлической сетки. Внутри этой сетки поле всегда равно нулю. Вследствие этого потенциал будет постоянен по всему объему проводника. Действительно, если внутри проводника Е = 0, то по (2.51) 
, а это означает, что j = const.
Если заряды нанесены на проводник, они, в силу своей подвижности, разойдутся на максимально возможное расстояние, то есть распределятся по поверхности.
Движение зарядов и в этом случае прекратится только тогда, когда напряжённость поля, созданная зарядами, распределившимися по поверхности, станет равной нулю. Потенциал проводника вновь оказывается постоянным по всему объёму проводника и равным его значению на поверхности. Силовые линии в любой точке будут ей перпендикулярны, как всякой эквипотенциальной поверхности.Заряды, принесённые внутрь проводника, будут полностью выходить на его поверхность. Это свойство используется для создания очень больших потенциалов в линейных ускорителях элементарных частиц, поскольку кинетическая энергия движущейся в электрическом поле заряженной частицы определяется разностью потенциалов, которую она прошла. Электроды выполняют в виде полых сфер (генератор Ван-де-Граафа) как можно большего радиуса, и наносят на них заряды изнутри. Заряды расходятся по поверхности, а внутри сферы напряжённость остаётся равной нулю. Поверхность сфер делается как можно более гладкой, чтобы затруднить стекание зарядов с острых выпуклостей рельефа поверхности.