Слайд 2
Проводники и диэлектрики в электрическом поле Заряженные частицы, которые могут свободно перемещаться в электрическом поле, называют свободными зарядами, а вещества, содержащие их, - проводниками. Проводниками являются металлы, жидкие растворы и расплавы электролитов. Свободными зарядами в металле являются электроны внешних оболочек атомов, потерявшие с ними связь. Эти электроны, называемые свободными электронами, могут свободно двигаться по металлическому телу в любом направлении. В условиях электростатики, т.е., когда электрические заряды неподвижны, напряжённость электрического поля внутри проводника всегда равна нулю. Действительно, если предположить, что поле внутри проводника всё-таки есть, то тогда на находящиеся в нём свободные заряды будет действовать электрические силы, пропорциональные напряжённости поля, и эти заряды начнут двигаться, а значит, поле перестанет быть электростатическим. Таким образом, электростатическое поле внутри проводника отсутствует.
Слайд 3
Вещества, в которых нет свободных зарядов, называют диэлектриками или изоляторами. Примерами диэлектриков могут служить различные газы, некоторые жидкости (вода, бензин, спирт и др.), а также многие твёрдые вещества (стекло, фарфор, плексиглас, резина и др.). Существуют два вида диэлектриков – полярные и неполярные. В молекуле полярного диэлектрика положительные заряды находятся преимущественно в одной её части («+» полюс), а отрицательные – в другой («-» полюс). У неполярного диэлектрика положительные и отрицательные заряды одинаково распределены по молекуле. Электри́ческий ди́польный моме́нт - векторная физическая величина, характеризующаяэлектрические свойства системы заряженных частиц (распределения зарядов) в смысле создаваемого ею поля и действия на нее внешних полей. Простейшая система зарядов, имеющая определенный (не зависящий от выбора начала координат) ненулевой дипольный момент - это диполь (две точечные частицы с одинаковыми по величине разноимёнными зарядами)
Слайд 4
Электрический дипольный момент диполя по модулю равен произведению величины положительного заряда на расстояние между зарядами и направлен от отрицательного заряда к положительному, или: где q - величина зарядов, l -вектор с началом в отрицательном заряде и концом в положительном. Для системы из N частиц электрический дипольный момент равен: Системные единицы измерения электрического дипольного момента не имеют специального названия. В СИ это просто Кл·м. Электрический дипольный момент молекул принято измерять в дебаях: 1 Д = 3,33564·10−30 Кл·м.
Слайд 5
Поляризация диэлектрика. При внесении диэлектрика во внешнее электрическое поле в нем возникает некоторое перераспределение зарядов, входящих в состав атомов или молекул. В результате такого перераспределения на поверхности диэлектрического образца появляются избыточные нескомпенсированные связанные заряды. Все заряженные частицы, образующие макроскопические связанные заряды, по-прежнему входят в состав своих атомов. Связанные заряды создают электрическое поле, которое внутри диэлектрика направлено противоположно вектору напряженности внешнего поля. Этот процесс называется поляризацией диэлектрика. В результате полное электрическое поле внутри диэлектрика оказывается по модулю меньше внешнего поля. Физическая величина, равная отношению модуля напряженности внешнего электрического поля в вакууме E0 к модулю напряженности полного поля в однородном диэлектрике E, называется диэлектрической проницаемостью вещества:
Слайд 6
Существует несколько механизмов поляризации диэлектриков. Основными из них являются ориентационная и деформационная поляризации. Ориентационная или дипольная поляризация возникает в случае полярных диэлектриков, состоящих из молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов не совпадают. Такие молекулы представляют собой микроскопические электрические диполи – нейтральную совокупность двух зарядов, равных по модулю и противоположных по знаку, расположенных на некотором расстоянии друг от друга. Дипольным моментом обладает, например, молекула воды, а также молекулы ряда других диэлектриков (H2S, NO2 и т. д.). При отсутствии внешнего электрического поля оси молекулярных диполей из-за теплового движения ориентированы хаотично, так что на поверхности диэлектрика и в любом элементе объема электрический заряд в среднем равен нулю. При внесении диэлектрика во внешнее поле возникает частичная ориентация молекулярных диполей. В результате на поверхности диэлектрика появляются нескомпенсированные макроскопические связанные заряды, создающие поле направленное навстречу внешнему полю
Слайд 7
Поляризация полярных диэлектриков сильно зависит от температуры, так как тепловое движение молекул играет роль дезориентирующего фактора. На рисунке показано, что во внешнем поле на разноимённые полюса молекулы полярного диэлектрика действуют противоположно направленные силы, которые стараются повернуть молекулу вдоль вектора напряжённости поля.
Слайд 8
Деформационный (или упругий) механизм проявляется при поляризации неполярных диэлектриков, молекулы которых не обладают в отсутствие внешнего поля дипольным моментом. При электронной поляризации под действием электрического поля электронные оболочки неполярных диэлектриков деформируются – положительные заряды смещаются в направлении вектора а отрицательные – в противоположном направлении. В результате каждая молекула превращается в электрический диполь, ось которого направлена вдоль внешнего поля. На поверхности диэлектрика появляются нескомпенсированные связанные заряды, создающие свое поле направленное навстречу внешнему полю. Так происходит поляризация неполярного диэлектрика. Примером неполярной молекулы может служить молекула метана CH4. У этой молекулы четырехкратно ионизированный ион углерода C4– располагается в центре правильной пирамиды, в вершинах которой находятся ионы водорода H+. При наложении внешнего поля ион углерода смещается из центра пирамиды, и у молекулы возникает дипольный момент, пропорциональный внешнему полю.
Слайд 9
В случае твердых кристаллических диэлектриков наблюдается разновидность деформкационной поляризации - так называемая ионная поляризация, при которой ионы разных знаков, составляющие кристаллическую решетку, при наложении внешнего поля смещаются в противоположных направлениях, вследствие чего на гранях кристалла появляются связанные (нескомпенсированные) заряды. Примером такого механизма может служить поляризация кристалла NaCl, в котором ионы Na+ и Cl– составляют две подрешетки, вложенные друг в друга. В отсутствие внешнего поля каждая элементарная ячейка кристалла NaCl электронейтральна и не обладает дипольным моментом. Во внешнем электрическом поле обе подрешетки смещаются в противоположных направлениях, т. е. кристалл поляризуется.
Слайд 10
На рисунке видно, что внешнее поле действует на молекулу неполярного диэлектрика, перемещая внутри неё разноимённые заряды в разные стороны, в результате чего эта молекула становится похожей на молекулу полярного диэлектрика, ориентируясь вдоль линий поля. Деформация неполярных молекул под действием внешнего электрического поля не зависит от их теплового движения, поэтому поляризация неполярного диэлектрика не зависит от температуры.
Слайд 11
Основы зонной теории твердого тела Зонная теория - один из основных разделов квантовой теории твердого тела, описывающий движение электронов в кристаллах, и являющийся основой современной теории металлов, полупроводников и диэлектриков. Энергетический спектр электронов в твердом теле существенно отличается от энергетического спектра свободных электронов (являющегося непрерывным) или спектра электронов, принадлежащих отдельным изолированным атомам (дискретного с определенным набором доступных уровней) - он состоит из отдельных разрешенных энергетических зон, разделенных зонами запрещенных энергий. Согласно квантово-механическим постулатам Бора, в изолированном атоме энергия электрона может принимать строго дискретные значения (электрон имеет определенную энергию и находится на одной из орбиталей).
Слайд 12
В случае же системы нескольких атомов, объединенных химической связью, электронные уровни энергии расщепляются в количестве, пропорциональном количеству атомов. Мера расщепления определяется взаимодействием электронных оболочек атомов. При дальнейшем увеличении системы до макроскопического уровня, количество уровней становится очень велико, а разница энергий электронов, находящихся на соседних орбиталях, соответственно очень маленькой - энергетические уровни расщепляются до двух практически непрерывных дискретных наборов - энергетических зон.
Слайд 13
Наивысшая из разрешенных энергетических зон в полупроводниках и диэлектриках, в которой при температуре 0 К все энергетические состояния заняты электронами, называется валентной, следующая за ней - зоной проводимости. По принципу взаимного расположения этих зон все твердые вещества и делят на три большие группы: проводники - материалы, у которых зона проводимости и валентная зона перекрываются (нет энергетического зазора), образуя одну зону, называемую зоной проводимости (таким образом, электрон может свободно перемещаться между ними, получив любую допустимо малую энергию); диэлектрики - материалы, у которых зоны не перекрываются и расстояние между ними составляет более 3 эВ (для того, чтобы перевести электрон из валентной зоны в зону проводимости требуется значительная энергия, поэтому диэлектрики ток практически не проводят); полупроводники - материалы, у которых зоны не перекрываются и расстояние между ними (ширина запрещенной зоны) лежит в интервале 0,1–3 эВ (для того, чтобы перевести электрон из валентной зоны в зону проводимости требуется энергия меньшая, чем для диэлектрика, поэтому чистые полупроводники слабо пропускают ток).
Слайд 14
Величина запрещенной зоны (энергетическая щель между зонами валентности и проводимости) является ключевой величиной в зонной теории и определяет оптические и электрические свойства материала. Переход электрона из валентной зоны в зону проводимости называют процессом генерации носителей заряда (отрицательного - электрона, и положительного - дырки), а обратный переход - процессом рекомбинации.
Слайд 15
Полупроводниками являются вещества, ширина запрещённой зоны которых составляет порядка нескольких электрон-вольт (эВ). Например, алмаз можно отнести к широкозонным полупроводникам, а арсенид индия - к узкозонным. К числу полупроводников относятся многие химические элементы (германий, кремний, селен, теллур, мышьяк и другие), огромное количество сплавов и химических соединений (арсенид галлия и др.). Самым распространённым в природе полупроводником является кремний, составляющий почти 30 % земной коры. Полупроводни́к - материал, который по своей удельной проводимости занимает промежуточное место между проводниками и диэлектриками и отличается от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и воздействия различных видов излучения. Основным свойством полупроводника является увеличение электрической проводимости с ростом температуры.
Слайд 16
Полупроводники характеризуются как свойствами проводников, так и диэлектриков. В полупроводниковых кристаллах электронам необходимо около 1-2·10−19 Дж (приблизительно 1 эВ) энергии для высвобождения из атома против 7-10·10−19 Дж(приблизительно 5 эВ) у диэлектриков, чем и характеризуется основное отличие между полупроводниками и диэлектриками. Эта энергия появляется в них при повышении температуры (например, при комнатной температуре уровень энергии теплового движения атомов равняется 0,4·10−19 Дж), и отдельные электроны получают энергию для отрыва от ядра. Они покидают свои ядра, образуя свободные электроны и дырки. С ростом температуры число свободных электронов и дырок увеличивается, поэтому в полупроводнике, не содержащем примесей, удельное электрическое сопротивление уменьшается. Условно принято считать полупроводниками элементы с энергией связи электронов меньшей чем 2-3 эВ. Электронно-дырочный механизм проводимости проявляется у собственных (то есть без примесей) полупроводников. Он называется собственной электрической проводимостью полупроводников.
Слайд 17
Вероятность перехода электрона из валентной зоны в зону проводимости пропорциональна (-Еg/kT), где Еg– ширина запрещённой зоны. При большой величине Еg(2-3 эВ) эта вероятность оказывается очень малой. Таким образом, подразделение веществ на металлы и неметаллы имеет вполне определённую основу. В отличие от этого деление неметаллов на полупроводники и диэлектрики такой основы не имеет и является чисто условным.
Слайд 18
Собственная и примесная проводимость Полупроводники, в которых свободные электроны и «дырки» появляются в процессе ионизации атомов, из которых построен весь кристалл, называют полупроводниками с собственной проводимостью. В полупроводниках с собственной проводимостью концентрация свободных электронов равняется концентрации «дырок». Примесная проводимость Для создания полупроводниковых приборов часто используют кристаллы с примесной проводимостью. Такие кристаллы изготавливаются с помощью внесения примесей с атомами пятивалентного или трехвалентного химического элемента
Слайд 19
Электронные полупроводники (n-типа) Термин «n-тип» происходит от слова «negative», обозначающего отрицательный заряд основных носителей. В четырёхвалентный полупроводник (например, кремний) добавляют примесь пятивалентного полупроводника (например, мышьяка). В процессе взаимодействия каждый атом примеси вступает в ковалентную связь с атомами кремния. Однако для пятого электрона атома мышьяка нет места в насыщенных валентных связях, и он отрывается и превращается в свободный. В данном случае перенос заряда осуществляется электроном, а не дыркой, то есть данный вид полупроводников проводит электрический ток подобно металлам. Примеси, которые добавляют в полупроводники, вследствие чего они превращаются в полупроводники n-типа, называются донорными.
Слайд 20
Дырочные полупроводники (р-типа) Термин «p-тип» происходит от слова «positive», обозначающего положительный заряд основных носителей. Этот вид полупроводников, кроме примесной основы, характеризуется дырочной природой проводимости. В четырёхвалентный полупроводник (например, в кремний) добавляют небольшое количество атомов трехвалентного элемента (например, индия). Каждый атом примеси устанавливает ковалентную связь с тремя соседними атомами кремния. Для установки связи с четвёртым атомом кремния у атома индия нет валентного электрона, поэтому он захватывает валентный электрон из ковалентной связи между соседними атомами кремния и становится отрицательно заряженным ионом, вследствие чего образуется дырка. Примеси, которые добавляют в этом случае, называются акцепторными.
Слайд 21
Слайд 22
Физические свойства полупроводников наиболее изучены по сравнению с металлами и диэлектриками. В немалой степени этому способствует огромное количество эффектов, которые не могут быть наблюдаемы ни в тех, ни в других веществах, прежде всего связанные с устройством зонной структуры полупроводников, и наличием достаточно узкой запрещённой зоны. Полупроводниковые соединения делят на несколько типов: простые полупроводниковые материалы - собственно химические элементы: бор B, углерод C, германий Ge, кремний Si, селен Se, сера S, сурьма Sb, теллур Te и йод I. Самостоятельное применение широко нашли германий, кремний и селен. Остальные чаще всего применяются в качестве легирующих добавок или в качестве компонентов сложных полупроводниковых материалов. В группу сложных полупроводниковых материалов входят химические соединения, обладающие полупроводниковыми свойствами и включающие в себя два, три и более химических элементов. Конечно же, основным стимулом для изучения полупроводников является производство полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.
Слайд 23
Спасибо за внимание!
Посмотреть все слайды
1. В отсутствии внешнего поля частицы распределяются внутри вещества так, что создаваемое ими электрическое поле равно нулю. 2. При наличии внешнего поля происходит перераспределение заряженных частиц, и в веществе возникает собственное электрическое поле, которое складывается из внешнего Е0 поля и внутреннего Е/, создаваемого заряженными частицами вещества? Какие вещества называются проводниками? 3. Проводники -
- вещества с наличием свободных зарядов, которые участвуют в тепловом движении и могут перемещаться по всему объёму проводника
- 4. В отсутствие внешнего поля в проводнике «-» свободный заряд компенсируется «+» зарядом ионной решетки. В электрическом поле, происходит перераспределение свободных зарядов , в результате чего на его поверхности возникают нескомпенсированные «+» и «-» заряды
- Этот процесс называют электростатической индукцией , а появившиеся на поверхности проводника заряды – индукционными зарядами .
- 8. В диэлектриках (изоляторах) нет свободных электрических зарядов. Они состоят из нейтральных атомов или молекул. Заряженные частицы в нейтральном атоме связаны друг с другом и не могут перемещаться под действием электрического поля по всему объему диэлектрика.
- Вода, спирт,
- оксид азота (4)
- инертные газы, кислород, водород, бензол, полиэтилен.
- А) Потенциальной энергии зарядов
- Б) Кинетической энергии зарядов
- В) нулю
- А) Это вещества, у которых заряженные частицы не могут перемещаться под действием электрического поля.
- Б) Это вещества, у которых заряженные частицы могут перемещаться под действием электрического поля.
- А) Это смещение положительных и отрицательных связанных зарядов диэлектрика в противоположные стороны
- Б) Это смещение положительных и отрицательных связанных зарядов диэлектрика в одну сторону
- В) Это расположение положительных и отрицательных зарядов диэлектрика в середине
- А) внутри проводника
- Б) На его поверхности
- 8. Неполярные диэлектрики, это диэлектрики у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов …
- А) На том, что электрическое поле внутри проводника максимально.
- Б) на том, что электрического поля внутри проводника нет
- А) Это положительно заряженная система зарядов
- Б) Это отрицательно заряженная система зарядов
- В) Этот нейтральная система зарядов
Презентация по слайдам
Текст слайда: Проводники и диэлектрики в электростатическом поле Межецкий Артём 10”Б” Выполнил: Муниципальное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа № 30 города Белово» Руководитель: Попова Ирина Александровна Белово 2011
Текст слайда: План: 1.Проводники и диэлектрики. 2. Проводники в электростатическом поле. 3. Диэлектрики в электростатическом поле. Два вида диэлектриков. 4.Диэлектрическая проницаемость.
Текст слайда: вещества по проводимости проводники это вещества, которые проводят электрический ток есть свободные заряды диэлектрики это вещества, которые не проводят электрический ток нет свободных зарядов
Текст слайда: Строение металлов + + + + + + + + + - - - - - - - - -
Текст слайда: Металлический проводник в электростатическом поле + + + + + + + + + - - - - - - - - + + + + + Евнешн. Евнутр. Евнешн.= Евнутр. -
Текст слайда: Металлический проводник в электростатическом поле Е внешн.= Е внутр. Еобщ=0 ВЫВОД: Внутри проводника электрического поля нет. Весь статический заряд проводника сосредоточен на его поверхности.
Текст слайда: Строение диэлектрика строение молекулы поваренной соли NaCl электрический диполь- совокупность двух точечных зарядов, равных по модулю и противоположных по знаку. Na Cl - - - - - - - - + - + -
Текст слайда: Виды диэлектриков Полярные Состоят из молекул, у которых не совпадают центры распределения положительных и отрицательных зарядов поваренная соль, спирты, вода и др. Неполярные Состоят из молекул, у которых совпадают центры распределения положительных и отрицательных зарядов. инертные газы, О2, Н2, бензол, полиэтилен и др.
Текст слайда: Строение полярного диэлектрика + - + - + - + - + - + -
Слайд №10
Текст слайда: Диэлектрик в электрическом поле + - + + + + + + + - Е внеш. Е внутр. + - + - + - + - Е внутр. < Е внеш. ВЫВОД: ДИЭЛЕКТРИК ОСЛАБЛЯЕТ ВНЕШНЕЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
Слайд №11
Текст слайда: Диэлектрическая проницаемость среды- характеристика электрических свойств диэлетрика Е Ео -напряжённость электрического поля в вакууме -напряжённость электрического поля в диэлектрике -диэлектрическая проницаемость среды = Ео Е
Слайд №12
Текст слайда: Диэлектрическая проницаемость веществ вещество Диэлектрическая проницаемость среды вода 81 керосин 2,1 масло 2,5 парафин 2,1 слюда 6 стекло 7
Слайд №13
Текст слайда: Закон Кулона: Напряжённость электрического поля, созданного точечным зарядом: q1 q2 r 2 q r 2
Слайд №14
Текст слайда: Задача
Слайд №15
Текст слайда: Решение задачи
Слайд №16
Текст слайда: Решение задач
Слайд №17
Текст слайда: Решение задач
Слайд №18
Текст слайда: Тест №1: Положительно заряженное тело подносится к трем соприкасающимся пластинам А, В, С. Пластины В, С - проводник, а А - диэлектрик. Какие заряды будут на пластинах после того, как пластина В была бы полностью вытащена? Варианты ответа
Слайд №19
Текст слайда: №2: Заряженный металлический шар последовательно погружают в две диэлектрические жидкости (1< 2). Какой из нижеприведенных графиков наиболее точно отражает зависимость потенциала поля от расстояния, отсчитываемого от центра шара?
Слайд №20
Текст слайда: №3: При полном заполнении пространства между пластинами плоского конденсатора диэлектриком, напряженность поля внутри конденсатора изменилась в 9 раз. Во сколько раз изменилась емкость конденсатора? А) Увеличилась в 3 раза. B) Уменьшилась в 3 раза. C) Увеличилась в 9 раз. D) Уменьшилась в 9 раза. E) Не изменилась.
Слайд №21
Текст слайда: №4: Положительный заряд поместили в центр толстостенной незаряженной металлической сферы. Какой из нижеприведенных рисунков соответствует картине распределения силовых линий электростатического поля?
Слайд №22
Текст слайда: №5: Какой из нижеприведенных рисунков соответствует картине распределения силовых линий для положительного заряда и заземленной металлической плоскости?
Слайд №23
Текст слайда: Используемая литература Касьянов, В.А. Физика, 10 класс [Текст]: учебник для общеобразовательных школ / В.А. Касьянов. – ООО "Дрофа", 2004. – 116 с. Кабардин О.Ф., Орлов В.А., Эвенчик Э.Е., Шамаш С.Я., Пинский А.А., Кабардина С.И., Дик Ю.И., Никифоров Г.Г., Шефер Н.И. «Физика. 10 класс», «Просвещение», 2007 г.
Слайд №24
Текст слайда: Всё =)
Проводники в электрическом поле Свободные заряды – заряженные частицы одного знака, способные перемещаться под действием электрического поля Связанные заряды – разноименные заряды, входящие в состав атомов (или молекул), которые не могут перемещаться под действием электрического поля независимо друг от друга вещества проводники диэлектрики полупроводники
Любая среда ослабляет напряженность электрического поля
Электрические характеристики среды определяются подвижностью заряженных частиц в ней
Проводник мметаллы, растворы солей, кислот, влажный воздух, плазма, тело человека
Это тело, внутри которого содержится достаточное количество свободных электрических зарядов, способных перемещаться под действием электрического поля.
Если внести незаряженный проводник в электрическое поле, то носители заряда приходят в движение. Они распределяются так, чтобы созданное ими электрическое поле было противоположно внешнему полю, то есть поле внутри проводника будет ослабляться. Заряды будут перераспределяться до тех пор, пока не будут выполнены условия равновесия зарядов на проводнике, то есть:
нейтральный проводник, внесенный в электрическое поле, разрывает линии напряженности. Они заканчиваются на отрицательных индуцированных зарядах и начинаются на положительных
Явление пространственного разделения зарядов называется электростатической индукцией. Собственное поле индуцированных зарядов с высокой степенью точности компенсирует внешнее поле внутри проводника.
Если в проводнике имеется внутренняя полость, то поле будет отсутствовать и внутри полости. Этим обстоятельством пользуются при организации защиты оборудования от электрических полей.
Электризацию проводника во внешнем электростатическом поле разделением уже имеющихся в нем в равных количествах положительных и отрицательных зарядов называют явлением электростатической индукции, а сами перераспределенные заряды - индуцированными. Это явление можно использовать для электризации незаряженных проводников.
Незаряженный проводник можно наэлектризовать путем соприкосновения с другим заряженным проводником.
Распределение зарядов на поверхности проводников зависит от их формы. Максимальная плотность зарядов наблюдается на заострениях, а внутри углублений сводится к минимуму.
Свойство электрических зарядов концентрироваться в приповерхностном слое проводника нашло применение для получения значительных разностей потенциалов электростатическим способом. На рис. приведена схема электростатического генератора, применяемого для ускорения элементарных частиц.
Сферический проводник 1 большого диаметра распо-лагается на изоляционной колонне 2. Внутри колонны движется замкнутая диэлектрическая лента 3, приводи-мая в движение барабанами 4. С высоковольтного гене-ратора эклектический заряд через систему заострённых проводников 5 передаётся на ленту, с тыльной стороны ленты располагается заземляющая пластина 6. Заряды с ленты снимаются системой острий 7 и стекают на проводящую сферу. Величина максимального заряда, который может накопиться на сфере определяется утечками с поверхности сферического проводника. Практически генераторами подобной конструкции при диаметре сферы 10 − 15 м удаётся получить разность потенциалов порядка 3−5 миллионов вольт. Для увеличения заряда сферы всю конструкцию иногда помещают в бокс, заполненный сжатым газом, что уменьшает интенсивность ионизации.
http://www.physbook.ru/images/0/02/Img_T-68-004.jpg
http://ido.tsu.ru/schools/physmat/data/res/elmag/uchpos/text/2_2.html
http://www.ido.rudn.ru/nfpk/fizika/electro/course_files/el13.JPG
ПРОВОДНИКИ И ДИЭЛЕКТРИКИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ
Базовый курс
- Проводниками называются вещества, в которых имеются свободные электрические заряды, способные перемещаться под действием сколь угодно слабого электрического поля.
ПРОВОДНИКИ
ИОНИЗИРОВАННЫЕ
ГАЗЫ
МЕТАЛЛЫ
ЭЛЕКТРОЛИТЫ
Электростатическая защита – явление, согласно которому, можно экранировать электрическое поле «спрятавшись» от него внутри замкнутой оболочки из проводящего электричество материала (например, металла).
Электростатическая защита.
Явление было открыто Майклом Фарадеем в 1836 году. Он обратил внимание, что внешнее электрическое поле не может попасть внутрь заземлённой металлической клетки. Принцип работы клетки Фарадея заключается в том, что под действием внешнего электрического поля, свободные электроны, находящиеся в металле, начинают движение и создают на поверхности клетки заряд, который полностью компенсирует это внешнее поле.
Диэлектрики (или изоляторы) - вещества, относительно плохо проводящие электрический ток (по сравнению с проводниками).
- В диэлектриках все электроны связаны, т. е. принадлежат отдельным атомам, и электрическое поле не отрывает их, а лишь слегка смещает, т. е. поляризует. Поэтому внутри диэлектрика может существовать электрическое поле, диэлектрик оказывает на электрическое поле определенное влияние
Диэлектрики делятся на полярные и неполярные .
Полярные диэлектрики
состоят из молекул, в которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов не совпадают. Такие молекулы можно представить в виде двух одинаковых по модулю разноименных точечных зарядов , находящихся на некотором расстоянии друг от друга, называемых диполем .
Неполярные диэлектрики
состоят из атомов и молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов совпадают.
Поляризация полярных диэлектриков.
- Помещение полярного диэлектрика в электростатическое поле (например, между двумя заряженными пластинами) приводит к развороту и смещению до этого хаотически ориентированных диполей вдоль поля.
Разворот происходит под действием пары сил, приложенных со стороны поля к двум зарядам диполя.
Смещение диполей называется поляризацией. Однако из-за теплового движения происходит лишь частичная поляризация. Внутри диэлектрика положительные и отрицательные заряды диполей компенсируют друг друга, а на поверхности диэлектрика появляется связанный заряд: отрицательный со стороны положительно заряженной пластины, и наобо рот.
Поляризация неполярных диэлектриков
Неполярный диэлектрик в электрическом поле также поляризуется. Под действием электрического поля положительные и отрицательные заряды в молекуле смещаются в противоположные стороны, так что центры распределения зарядов смещаются, как у полярных молекул. Ось наведенного полем диполя ориентирована вдоль поля. На поверхностях диэлектрика, примыкающих к заряженным пластинам, появляются связанные заряды.
Поляризованный диэлектрик сам создает электрическое поле.
Это поле ослабляет внутри диэлектрика внешнее электрическое поле
Степень этого ослабления зависит от свойств диэлектрика.
Уменьшение напряженности электростатического поля в веществе по сравнению с полем в вакууме характеризуется относительной диэлектрической проницаемостью среды.
Проводники в электрическом поле
Диэлектрики в электрическом поле
1. Есть свободные электроны
1.Нет свободных носителей зарядов.
2.электроны собираются на поверхности проводника
2. В электрическом поле молекулы и атомы поворачиваются так, что с одной стороны в диэлектрике появляется избыточный положительный заряд, а с другой - отрицательный
3. Внутри проводника электрического поля нет
3. Электрическое поле внутри проводника ослабевает в ε раз.
4. Проводник можно разделить на 2 части в электрическом поле, и каждая часть будет заряженной разными знаками.
4. Диэлектрик можно разделить на 2 части в электрическом поле, но каждая из них будет незаряженной
Контрольные вопросы
1 . Какие вещества называются проводниками?
2Какие электрические заряды называются свободными?
3.Какие частицы являются носителями свободных зарядов в металлах?
4.Что происходит в металле помещенном в электрическое поле?
5.Как распределяется по проводнику сообщенный ему заря д?
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.
6.Если находящейся в электрическом поле проводник разделить на две част, как будут заряжены эти части?
7.На каком принципе основана электростатическая защита?
8.Какие вещества называются диэлектриками?
9.Какие бывают диэлектрики? Чем они отличаются?
10.Объясните поведение диполя во внешнем электрическом поле.
11. Как происходит поляризация диэлектриков.
12. Если диэлектрик, помещенный в электрическое поле разделить пополам, каков будет заряд каждой части?
13. Над молниеотводом проходит отрицательно заряженная туча. Объясните на основе электронных представалений, почему на острие молниеотвода возникает заряд. Каков его знак?
