Проводники и диэлектрики в электростатическом поле

Проводники и диэлектрики в электростатическом поле

10 класс

вещества

проводники

полупроводники

диэлектрики

проводники

• Содержат большое количество свободных зарядов – электронов (металлы) и ионов (растворы электролитов).
• При помещении в электростатическое поле свободные заряды начинают перемещаться, возникнет электрический ток.

Проводники в электростатическом поле

• Происходит перераспределение заряда – свободные электроны двигаются до тех пор, пока поле в проводнике не обратится в нуль.
• Электрический заряд располагается на поверхности как в случае заряженного, так и в случае незаряженного проводника.
• При равновесии зарядов напряженность поля внутри изолированного проводника равна нулю.

Проводники в электростатическом поле

• Наличие свободных зарядов (электронов)

Металлический проводник в электростатическом поле

+

+

+

+

+

+

+

+

-

-

Е внешн .

+

+

+

-

-

-

+

+

+

-

Е внешн. = Е внутр.

Е внутр.

1. Электростатического поля внутри проводника нет

Металлический шарик является проводником. Поэтому электроны в нем свободно перемещаются.

Поле наэлектризованной палочки вызывает распределение электронов в незаряженном шарике, так что центр отрицательного заряда свободных электронов смещается относительно геометрического центра шарика. В результате палочка притягивает шарик.

После прикосновения к палочке шарик заряжается одноименно с ней, и возникает отталкивание.

Поведение шарика не зависит от знака заряда на палочке

2. Электростатическая индукция

3. Внутри проводника электрический заряд отсутствует; весь заряд проводника, полученный им при электризации, может располагаться только на его поверхности

4. Напряженность электростатического поля на внешней поверхности проводника направлена перпендикулярно к этой поверхности

( Если напряженность электрического поля будет направлена под углом к поверхности проводника, то под действием составляющей этого поля, параллельной поверхности, заряды двигались бы непрерывно, что противоречит закону сохранения энергии )

Проводники в электростатическом поле

применение:

• Электростатическая защита
• Экранирование

диэлектрики

• Не имеют свободных зарядов при обычных условиях
• В зависимости от состава вещества подразделяются на полярные и неполярные
• Примеры: газы, стекло, пластмасса, резина, дистиллированная вода

диэлектрики

полярные

неполярные

Диэлектрики в электростатическом поле

Диэлектрики – это вещества,

не содержащие свободных заряженных частиц.

Полярные

Неполярные

(вода, спирты, аммиак) –

(инертные газы,

электрические диполи, совокупность 2-х разноименных точечных зарядов

водород, кислород) - центры положительных и отрицательных зарядов не совпадают

Диэлектрики в электростатическом поле

• Поляризация – смещение положительных и отрицательных связанных зарядов по направлению напряженности внешнего электрического поля.

Поляризация диэлектриков

Поляризация полярных диэлектриков

Со стороны электрического поля начинает действовать сила, поворачивающая полярную молекулу диэлектрика по полю

Поляризация полярных диэлектриков

• В полярных диэлектриках поляризация происходит в результате переориентации диполей.
• Когда нет внешнего поля, диполи сориентированы хаотично и суммарное поле внутри вещества равно нулю. Во внешнем поле под действием кулоновских сил происходит поворот диполей. Воздействие внешнего электрического поля испытывают все молекулы диэлектрика. Это приводит к тому, что в диэлектрике возникает собственное электрическое поле. Электрическое поле внутри диэлектриков будет ослаблено по сравнению с внешним полем Е. Наряду с ориентирующим действием кулоновских сил, дипольные молекулы находятся под влиянием теплового движения. Тепловое движение стремится нарушить ориентацию диполей.

Поляризация неполярных диэлектриков

Неполярная молекула деформируется под действием электрического поля, и дальше ведет себя как электрический диполь

Поляризация неполярных диэлектриков

• Когда неполярный диэлектрик помещают во внешнее электрическое поле, происходит перераспределение зарядов внутри молекул таким образом, что в целом в диэлектрике появляется собственное поле.
• В отличие от полярных диэлектриков, здесь нет влияния теплового движения на процесс поляризации.

Выводы:

• Диэлектрики - это вещества, не содержащие свободных заряженных частиц.
• В полярных диэлектриках молекулы являются диполями, в которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов не совпадают.
• Неполярные диэлектрики состоят из атомов или молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов совпадают.
• При поляризации молекулы диэлектрика ориентируются по внешнему электрическому полю.
• Диэлектрическая проницаемость характеризует способность диэлектрика к ослаблению внешнего поля .

Диэлектрическая проницаемость

• Диэлектрическая проницаемость среды – физическая величина, показывающая, во сколько раз уменьшается напряженность электрического поля внутри данного однородного диэлектрика.
• ε - диэлектрическая проницаемость среды

• E 0 – напряженность внешнего поля,
• Е’ – напряженность поля внутри поляризованного диэлектрика

Подумайте (письменно)

• У какого вещества диэлектрическая проницаемость больше – у воздуха или у воды?

• Как будет выглядеть формулировка закона Кулона, если точечные заряды поместить, например, в керосин?

• Расскажите как работает электростатическая защита и где она применяется