Провідники та діелектрики в електричному полі » mozok.click
 

mozok.click » Фізика » Провідники та діелектрики в електричному полі
Інформація про новину
  • Переглядів: 250
  • Автор: admin
  • Дата: 12-02-2018, 18:55
12-02-2018, 18:55

Провідники та діелектрики в електричному полі

Категорія: Фізика

Електростатична індукція. Будь-яке тіло, розміщене в електричному полі, електризується. Проте процес електризації для різних речовин буде різним.

Електричні характеристики електронейтрального тіла залежать від рухливості заряджених частинок в ньому, яка, в свою чергу, визначається будовою атомів речовини та їх взаємним розміщенням.

За концентрацією вільних заряджених частинок у речовині всі речовини поділяють на три основні класи: провідники, діелектрики і напівпровідники. До провідників належать речовини, які містять заряджені частинки, що здатні рухатись впорядковано по всьому об’єму тіла під дією електричного поля, - так звані вільні заряди. Провідниками є всі метали, водні розчини солей, кислот, лугів, розплави солей, іонізовані гази.

Розглянемо поведінку в електричному полі тільки твердих металевих провідників. У металах носіями вільних зарядів є вільні електрони. їх називають електронами провідності. Вільні електрони беруть участь у тепловому русі й можуть переміщуватися по шматку металу в будь-якому напрямку.

Помістимо незаряджений металевий провідник в однорідне електростатичне поле. Під дією поля в ньому виникне впорядкований рух вільних електронів у напрямку, протилежному напрямку напруженості Е цього поля

(мал. 11). Електрони накопичуватимуться на одному боці провідника й утворять там надлишковий негативний заряд, а їх недостача на іншому боці провідника приведе до утворення там надлишкового позитивного заряду, тобто в провіднику відбудеться розподіл зарядів. Ці не-скомпенсовані різнойменні заряди з’являються на провіднику лише під дією зовнішнього електричного поля, тобто такі заряди є індукованими, або наведеними. А в цілому провідник залишається незарядженим. У цьому переконуємося, виймаючи провідник з електричного поля.

Вид електризації, за якого під дією зовнішніх електричних полів відбувається перерозподіл зарядів між частинами певного тіла, називають електростатичною індукцією.



Нескомпенсовані електричні заряди, що з’явилися на протилежних частинах провідника, створюють всередині провідника своє власне електричне поле напруженістю ЕВИ . Напрямки зовнішнього і внутрішнього полів протилежні (мал. 11).

У результаті переміщення вільних носіїв заряду і накопичення їх на протилежних частинах провідника напруженість Еан внутрішнього поля збільшується і, нарешті, зрівнюється за модулем з напруженістю Е зовнішнього поля. Це приводить до того, що напруженість результуючого поля всередині провідника дорівнює нулю. При цьому на провіднику встановлюється рівновага зарядів.

Електростатичний захист. За умови рівноваги зарядів на провіднику весь нескомпенсований заряд розміщується тільки на його зовнішній поверхні, а всередині провідника електричного поля немає. Це явище використовують для створення електростатичного захисту - захисту від дії електричного поля. На відміну від гравітаційного поля від електричного поля можна захиститися, якщо оточити провідник, наприклад, мідними листами. На практиці це використовують для захисту від потужного електричного поля радіолокаторів та радіостанцій, випромінювання яких може зашкодити здоров’ю людини; для запобігання дії електричного поля на чутливі прилади.

Види діелектриків. Діелектриками, або ізоляторами називають такі тіла, крізь які електричні заряди не можуть переходити від зарядженого тіла до незарядженого. Ця властивість діелектриків зумовлена тим, що у них за певних умов відсутні вільні носії заряду. Якщо умови змінюються, наприклад під час нагрівання, в діелектрику можуть виникнути вільні носії заряду і він почне проводити електрику. Отже, поділ речовин на провідники і діелектрики є умовним.

До діелектриків належать усі гази за нормальних умов, рідини (гас, спирти, ацетон, дистильована вода та ін.), тверді речовини (скло, пластмаси, сухе дерево, папір, гума тощо).

У діелектриках електричні заряди не можуть переміщуватися під дією електричного поля по всьому об’єму тіла так, як вільні заряди провідника.

Діелектрики поділяють на два види:

полярні, які складаються з молекул, в яких центри розподілу позитивних і негативних зарядів не збігаються (вода, спирти та ін.);

неполярні, що складаються з атомів або молекул, в яких центри розподілу позитивних і негативних зарядів збігаються (бензол, інертні гази, поліетилен та ін.).


Поляризація діелектриків. Усередині діелектрика електричне поле може існувати. Притягання незарядженого тіла (діелектрика) до зарядженого тіла пояснюється тим, що в електричному полі відбувається поляризація діелектрика, тобто зміщення в протилежні боки різнойменних зарядів, що входять до складу атомів і молекул таких речовин, але тут зміщення відбувається в межах кожного атома або молекули.

Молекули полярних діелектриків - це електричні диполі, що мають постійний дипольний момент внаслідок асиметрії центра мас позитивних і негативних зарядів (мал. 12, а).

Якщо полярний діелектрик помістити в електричне поле, то ці диполі починають повертатися своїми позитивно зарядженими кінцями до негативно зарядженої пластини, а негативно зарядженими - до позитивно зарядженої пластини (мал. 12, б). У результаті на поверхні діелектрика біля позитивної пластини виникає досить тонкий шар негативних зарядів, а біля негативної -позитивних, які й створюють зустрічне поле (мал. 12, в). (Всередині діелектрика позитивні й негативні заряди сусідніх диполів компенсують дію один одного.) Однак на відміну від провідників це поле вже не здатне повністю скомпенсувати зовнішнє, а лише послаблює його в є разів.

Молекули неполярних діелектриків, якщо відсутнє зовнішнє електричне поле, дипольного момента не мають (мал. 13). Якщо ж неполярний діелектрик помістити в електричне поле, його молекули деформуються, в результаті чого утворюються диполі, які поводять себе, як і диполі полярного діелектрика. (В полярних діелектриках також відбувається поляризація молекул, внаслідок чого в електричному полі дипольний момент кожної молекули дещо збільшується.) Але поляризація неполярних діелектриків пояснюється

лише виникненням дипольного момента в молекулі внаслідок її деформації у зовнішньому електричному полі. Залежно від хімічного зв’язку вона може бути результатом деформації електронних оболонок окремих атомів та йонів (електронна поляризація) або наслідком зміщення позитивних і негативних йонів у різні боки вздовж силових ліній зовнішнього електричного поля (йон-на поляризація). Наведений дипольний момент зростає зі збільшенням напруженості електричного поля.


Таким чином, у діелектриках, як і в провідниках, спостерігається індукція електричних зарядів. Однак, якщо в електричному полі розділити діелектрик на дві частини, то ми не одержимо різнойменно заряджених тіл. У цьому полягає відмінність індукції в діелектриках від індукції в провідниках.

Діелектрична проникність речовини. Для характеристики електричних властивостей діелектриків уведено особливу величину, яку називають діелектричною проникністю. Це фізична стала, яка показує, у скільки разів модуль напруженості електричного поля всередині діелектрика Евв менший від модуля напруженості Е0 у вакуумі,

Діелектричну проникність визначено для всіх діелектриків і занесено до таблиць. Для дистильованої води є = 81, а для гасу є = 2.

Дайте відповіді на запитання

1. Що відбувається при внесенні провідника в електричне поле?

2. Як зарядити два тіла різнойменно, не доторкуючись до них зарядженим тілом?

3. Вкажіть схожість та відмінності процесів електризації провідника та поляризації діелектрика.

4. У якому агрегатному стані - рідкому, твердому чи газоподібному - діелектрична проникність діелектрика буде найбільшою?






^