Диэлектрики и проводники в электрическом поле

На этом уроке мы рассмотрим поведение в электрическом поле веществ, которые не могут проводить электрический ток (диэлектриков), и тех веществ, которые его проводят (проводники).
Диэлектрики и проводники в электрическом поле

Диэлектрики в электростатическом поле.
Два вида диэлектриков.
Поляризация диэлектриков
Проводники в электростатическом поле.
Явление электростатической индукции
Напряженность и потенциал на поверхности проводника
План урока:

Диэлектрики - это вещества, не содержащие свободных заряженных частиц, т.е. таких заряженных частиц, которые способны свободно перемещаться по всему объему тела. Поэтому диэлектрики не могут проводить электрический ток.
Диэлектриками являются многие твердые тела (фарфор, янтарь, эбонит, стекло, кварц, мрамор и др.), некоторые жидкости (например, дистиллированная вода) и все газы.
По внутреннему строению диэлектрики разделяются на полярные и неполярные.
Диэлектрики

В полярных диэлектриках молекулы являются диполями, в которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов не совпадают.
К таким диэлектрикам относятся спирт, вода, аммиак и др.
Полярные диэлектрики

Полярные диэлектрики

Неполярные диэлектрики состоят из атомов или молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов совпадают.
К таким веществам относятся инертные газы, водород, кислород, полиэтилен и др.
Неполярные диэлектрики

Неполярные диэлектрики

Если диэлектрик поместить во внешнее электрическое поле, то происходит поляризация диэлектрика. При этом процессе молекулы диэлектрика ориентируются по внешнему электрическому полю. На противоположных поверхностях диполя появляются связанные заряды.
Это приводит к тому, что в диэлектриках возникает свое электрическое поле, направленное против внешнего, и в сумме поле внутри диэлектрика будет меньше внешнего.
Диэлектрическая проницаемость, о которой мы говорили раньше, характеризует способность диэлектрика к ослаблению внешнего поля.
Поляризация диэлектриков

Поляризация 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 полярных диэлектриков

Поляризация полярных 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.
Поляризация неполярных диэлектриков

Поляризация неполярных диэлектриков

Диэлектрическая проницаемость среды
Ео -напряжённость электрического поля в вакууме
Е - напряжённость электрического поля в диэлектрике
ε -диэлектрическая проницаемость среды
Е

Главное отличие проводников от диэлектриков - наличие свободных зарядов, которые могут перемещаться под действием кулоновских сил.
Это свойство проводников позволяет объяснить их поведение в электрическом поле.
Проводники

Проводники
-
-
-

Если проводник заряжен, то есть на нем находится избыточный заряд какого - либо знака, то из-за того, что одноименные заряды отталкиваются, они будут стремиться занять как можно больший объем и окажутся все на поверхности проводника.
Наличие поля внутри привело бы к непрерывному движению зарядов до тех пор, пока поле не исчезло бы. Таким образом, внутри заряженного проводника электростатическое поле отсутствует. Потенциал внутри проводника постоянен.
Внутри заряженных проводников поле равно нулю

Металлический проводник в электростатическом поле
Евнешн.
Евнутр.
Евнешн.= Евнутр.

Внутри заряженных проводников поле равно нулю

Если проводник поместить во внешнее электрическое поле, то начнется перемещение свободных зарядов таким образом, что положительные заряды скапливаются на одной стороне, а отрицательные - на противоположной.
Перераспределение зарядов будет происходить до тех пор, пока поле, созданное этими зарядами, не скомпенсирует внешнее поле. Если в этот момент разделить проводник плоскостью, перпендикулярной внешнему полю, то разделенные части проводника окажутся заряженными разноименно.
В разделении зарядов и заключается явление электростатической индукции. Благодаря этому явлению осуществляется электростатическая защита. Если какой-либо прибор необходимо защитить от внешних электрических полей, то его помещают в проводящую оболочку.
Явление электростатической индукции

Явление электростатической индукции

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.
Отсюда следует вывод - напряженность электростатического поля перпендикулярна поверхности проводника. Также известно, что эквипотенциальные поверхности перпендикулярны силовым линиям, поэтому поверхность проводника является эквипотенциальной.
Напряженность и потенциал на поверхности

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.
Выводы: