1. Моя освіта – реферати, конспекти, доповіді
  2. Фізика
  3. Провідники і діелектрики в електростатичному полі

Провідники і діелектрики в електростатичному полі

Взаємодія тіл з електричним полем залежить від того, з яких речовин вони складаються, а саме, містять, чи ні, ці речовини заряджені частинки (електрони або іони), здатні вільно переміщатися під дією електричних сил.

Заряджені частинки, які можуть вільно переміщатися в електричному полі, називають вільними зарядами, а речовини, що містять їх, – провідниками. Провідниками є метали, рідкі розчини і розплави електролітів. Вільними зарядами в металі є електрони зовнішніх оболонок атомів, що втратили з ними зв’язок. Ці електрони, звані вільними електронами, можуть вільно рухатися по металевому тілу в будь-якому напрямку. У розчинах солей вільними зарядами служать позитивно і негативно заряджені іони.

В умовах електростатики, тобто, коли електричні заряди нерухомі, напруженість електричного поля всередині провідника завжди дорівнює нулю. Дійсно, якщо припустити, що поле всередині провідника все-таки є, то тоді на що знаходяться в ньому вільні заряди діятиме електричні сили, пропорційні напруженості поля, і ці заряди почнуть рухатися, а значить, поле перестане бути електростатичним. Таким чином, електростатичне поле усередині провідника відсутня.

Зникнення всередині провідника електростатичного поля відбувається таким чином. Нехай металевий провідник у формі кулі вносять в електричне поле, напруженість якого в даній області постійна, т.зв. однорідне поле. Як тільки це відбудеться, вільні електрони провідника під дією електричних сил почнуть переміщатися (див. Стрілки на рис. 36а), в результаті чого одна частина провідника зарядиться позитивно, а інша – негативно. Цей процес переміщення закінчиться тоді, коли утворилися заряди на протилежних частинах кулі створять всередині провідника таке поле, яке повністю компенсує зовнішнє електричне поле. Після цього напруженість електричного поля всередині кулі стане рівною нулю, і вільні заряди знову стануть нерухомими. При цьому перемістилися заряди змінять поле зовні провідника (рис. 36б), а його силові лінії стануть перпендикулярними поверхні кулі, тому складова вектора напруженості, паралельна поверхні провідника, викликала б рух його вільних зарядів. Явище, що приводить до зникнення електростатичного поля всередині провідника, називають електростатичною індукцією.

Речовини, в яких немає вільних зарядів, називають діелектриками або ізоляторами. Прикладами діелектриків можуть служити різні гази, деякі рідини (вода, бензин, спирт та ін.), А також багато тверді речовини (скло, фарфор, плексиглас, гума та ін.).

Існують два види діелектриків – полярні і неполярні. У молекулі полярного діелектрика позитивні заряди знаходяться переважно в одній її частині («+» полюс), а негативні – в інший («-» полюс). У неполярного діелектрика позитивні і негативні заряди однаково розподілені по молекулі.

У зовнішньому полі на різнойменні полюси молекули полярного діелектрика діють протилежно спрямовані сили (F і -F на рис. 36в), які намагаються повернути молекулу уздовж вектора напруженості поля. Зовнішнє поле діє також і на молекулу неполярного діелектрика, переміщаючи всередині неї різнойменні заряди в різні боки, в результаті чого ця молекула стає схожою на молекулу полярного діелектрика, орієнтуючись теж уздовж ліній поля. Таким чином, в зовнішньому полі заряди в молекулах діелектрика зміщуються в напрямку дії електричних сил (рис. 36г). Це явище називають поляризацією діелектрика.

При поляризації діелектрика на його протилежних по відношенню до зовнішнього поля поверхнях з’являються різнойменні електричні заряди, звані пов’язаними. Пов’язані заряди створюють у діелектрику електричне поле, вектор напруженості якого спрямований протилежно вектору зовнішнього поля, в результаті чого електричне поле всередині діелектрика зменшується в e раз. Величину e називають діелектричної проникністю діелектрика, яка дорівнює для повітря – 1,0006, бензину – 2,3, плексигласу – 3,4, скла – від 5 до 10, а для води – 81.

Питання для повторення:

  1. · Що таке вільні заряди, провідники та діелектрики?
  2. · Опишіть явище електростатичної індукції.
  3. · Що таке поляризація діелектрика?
ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Розподільники