Kann das elektrische Feld dazu gebracht werden, die Masse eines Metalls zu durchdringen?

Wenn ein externes elektrisches Feld E ext wird von außen an ein Metall angelegt, bewegen sich die freien Elektronen entgegen der Feldrichtung im Inneren des Metalls und erzeugen ein inneres Feld E int gegenüber E ext bis sie sich so ausgleichen, dass das Nettofeld innen Null ist.

Wenn sich alle freien Elektronen bewegt haben, um eine Seite des Metalls zu bedrängen, kann das innere Feld nicht mehr ansteigen. Was passiert, wenn das äußere Feld weiter erhöht wird?

Wird nun das elektrische Feld beginnen, das Metall zu durchdringen und einen nicht verschwindenden Wert im Inneren haben?

Ich denke, freie Elektronen müssen sich in die entgegengesetzte Richtung des externen Feldes bewegen, habe ich recht?

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Ein Metall hat eine so hohe Leitungselektronendichte N ∼ 10 22 C M − 3 dass Sie in einem Metall mit Abmessungen in der Größenordnung von Zentimetern nicht alle auf einer Oberfläche mit einem praktisch erreichbaren äußeren elektrischen Feld ansammeln können. Maximal anwendbare äußere elektrische Felder liegen in der Größenordnung von 10 7 v / C M aufgrund des Einsetzens einer nennenswerten Feldelektronenemission (Fowler-Nordheim-Tunnelung). Siehe https://en.wikipedia.org/wiki/Field_electron_emission . Dies bedeutet die maximale Oberflächenladungsdichte η von Elektronen, die Sie erreichen können, liegt in der Größenordnung von

η = E ϵ 0 = 10 7 v C M − 1 · 8.85 · 10 − 14 F C M − 1 = 8.85 · 10 − 7 C C M − 2 = 5.5 · 10 12 Q C M − 2
wo die Elektronenladung ist Q = 1.6 · 10 − 19 C . Sie können also praktisch nur etwa akkumulieren 5.5 · 10 12 C M − 2 Elektronen auf der Oberfläche, was bedeutet, dass Sie alle Leitungselektronen auf der Oberfläche nur in einem extrem dünnen Blech mit Dicke ansammeln können D = 5.5 · 10 − 10 C M was in der Größenordnung eines Atomradius liegt.

Somit werden Sie praktisch nie in der Lage sein, ein statisches elektrisches Feld in die Masse eines Metalls einzudringen. Es wird immer abgeschirmt sein.

Lassen Sie einen metallischen Leiter in ein externes elektrostatisches Feld legen. Das elektrostatische Feld wirkt auf alle Ladungen des Leiters, wodurch alle negativen Ladungen in die Richtung gegen das Feld verschoben werden. Dieser Strom wird so lange andauern, bis eine bestimmte Ladungsverteilung einsetzt, bei der das elektrische Feld an allen Punkten innerhalb des Leiters verschwunden ist. Nun können wir annehmen, dass das externe elektrische Feld so intensiv ist, dass alle Leitungsbandelektronen in eine Seite des Leiters geströmt sind. So bleibt es jetzt ein Material mit nur nicht leitenden Elektronen und gleichmäßigpositiv geladen (außer an der Außenfläche), da alle leitenden Elektronen das Innere des Metalls verlassen haben und sich auf einer Seite der Oberfläche konzentrieren. In dieser neuen Situation ist E innerhalb des Materials nicht mehr gleich Null, tatsächlich befindet sich darin eine gleichmäßige positive Ladung (Satz von Gauß). Die Metallbindung ist gebrochen.

Kann das elektrische Feld dazu gebracht werden, die Masse eines Metalls zu durchdringen?
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