導体内の電界について

質問

物理で導体(金属)の内部の電界は0になるということを教わりました。
どんな強さの電界内にあっても自由電子が導体の内部を動いてプラスとマイナスに帯電し、電界が打ち消しあって0になるというような説明だったのですが、自由電子がすべて完全に移動し終えてしまったら(微小な金属片を使って、電界を無限大に強くしたら)、導体内にも電界ができるんじゃないでしょうか。それでもやはり電界が0であるなら、(極端にいうと、電子一個と陽子一個によって作られる電界の強さと、電子100個と陽子100個によって作られる電界の最大の強さが同じなら)、電界の強さは何で決まるものなのでしょうか。今日習ったばかりであまり理解できていませんがよろしくお願いします。

回答No.3

Quarks · ベストアンサー

>自由電子がすべて完全に移動し終えてしまったら(微小な金属片を使って、電界を無
>限大に強くしたら)、導体内にも電界ができるんじゃないでしょうか。

はい、そのとおりです。

>どんな強さの電界内にあっても自由電子が導体の内部を動いてプラスとマイナスに
>帯電し、電界が打ち消しあって0になる

この"説明"には、暗黙の前提があります。
外部電場の強さが、導体の内部に有る自由電子の移動で打ち消せないほど強くはない範囲で、ということです。
言い換えると、（特殊な場合を除けば）導体とは、
　外部電場を打ち消すのに必要十分な量の自由電子を持っている物体
のことだ、と受け取りなさいということです。

何事にも、適用可能な範囲というものはあるもので、野放図に拡大解釈するとおかしなことになることがあるので要注意ということです。

お礼

ありがとうございます。

回答No.4

アウストラロ ピテクス（@ngkdddjkk）

No.2です。

他の回答に惑わされないでください。
電磁気学は電荷が大きさを持たない点電荷、導体は無限に自由電子を持つ等の"仮定"をした上で積み上げられた理論です。

実際の現象で説明できない部分を補うように量子力学や素粒子物理学ができたように、実際の現象に適用する際は、適宜この仮定を再考する必要があります。

回答No.2

アウストラロ ピテクス（@ngkdddjkk）

いやいや、電磁気学でいう導体は無限に自由電子を持ちます。

実際を考えると、自由電子がすべて表面に集まったら、導体内部に電界を生じ、充満帯にある電子を励起してさらに分極を促します。
やがて励起電子の再結合過程による熱に耐えきれなくなり、導体を破壊(絶縁破壊)を起こします。

お礼

ありがとうございます。

回答No.1

中村 拓男（@tknakamuri）

ちょっと計算してみました。
厚さ1mm の金属の自由電子を全て金属表面に集めると、
金属の表面の電界は 銅の場合 1.5 x 10^18 V/m

大雑把な計算ですがこれくらいの電界が必要だと思います。
＃その前に絶縁破壊すると思いますが・・・

お礼

ありがとうございます。