1.4 Проводники в электрическом поле. Электростатическая индукция

В несем проводящее металлическое тело в электрическое поле, образованное разноименными зарядами двух пластин (рис. 1.6). Под действием сил этого поля свободные электроны металла начинают перемещаться в сторону, противоположную направлению поля. В результате перемещения электронов в металле произойдет разделение зарядов и возникнет внутреннее поле напряженностью . Это поле направлено против внешнего; следовательно, напряженность результирующего поля в проводящем теле .

Рисунок 1.6 Проводник в электрическом поле

Перемещение свободных электронов в металле продолжается до тех пор, пока внутреннее поле не уравновесит внешнее, т. е. пока напряженность . Рассмотренное явление называется электростатической индукцией (наведением) и используется для защиты механизмов приборов, некоторых радиодеталей и т. д. от внешних электрических полей. Защищаемую деталь помещают в алюминиевый или латунный кожух (экран). Экраны могут быть как сплошными, так и сетчатыми.

1.5 Диэлектрики в электрическом поле. Поляризация диэлектрика

Диэлектрики характеризуются присутствием ничтожного числа свободных электронов. Электроны диэлектрика связаны в основном с положительно заряженным ядром и движутся по некоторым орбитам вокруг него.

С уществует ряд диэлектриков, молекулы которых при отсутствии внешнего поля электрически нейтральны, так как среднее положение отрицательного заряда совпадает с ядром (рис. 1.7, а). Такие молекулы называют неполярными. У диэлектриков с полярными молекулами среднее положение отрицательного заряда смещено относительно ядра.

Рисунок 1.7 Неполярная молекула при отсутствии (а) и наличии (б) внешнего поля

У неполярных молекул под действием внешнего поля орбита электрона вытягивается и смещается в сторону, противоположную направлению поля, что равносильно смещению среднего положения отрицательного заряда (рис. 1.7. б). В результате среднее положение отрицательного заряда не совпадает с положением ядра и образуется электрический диполь (пара разноименных точечных зарядов, связанных между собой и находящихся на малом расстоянии друг от друга), напряженность электрического поля которого ' ослабляет внешнее поле. Формально это явление отражается введением коэффициента (относительная диэлектрическая проницаемость среды) в формулу закона Кулона. Чем больше ε_r, тем сильнее ослабляется внешнее поле. Повышая напряженность электрического поля, в котором расположен диэлектрик, можно достичь такого состояния, когда орбитальные электроны начнут срываться с орбит полем, произойдет местное разрушение диэлектрика, или его пробой. Напряженность поля , при которой наступает пробой диэлектрика, называется пробивной.

Напряженность поля , которая допускается в диэлектрике при его работе в электроустройствах, называется допустимой. Для надежной работы электроустройства напряженность диэлектрика должна быть не выше допустимой. Значение должно быть в несколько раз ниже значения .

Необходимо заметить, что внутреннее поле в диэлектрике существует только при наличии внешнего поля и в большинстве случаев исчезает при снятии последнего.

Однако есть диэлектрики, которые, будучи поляризованными внешним электрическим полем, сохраняют остаточную поляризацию, т. е. внутреннее поле остается при исчезновении внешнего (сегнетоэлектрики и электреты). Относительная диэлектрическая проницаемость таких диэлектриков сильно зависит от напряженности внешнего поля и, следовательно, не постоянна, причем максимальное значение достигает нескольких тысяч. Конденсаторы с сегнетоэлектриком применяются в устройствах автоматики. Электреты представляют собой источники постоянного электрического поля и используются в электрических вольтметрах, элементах электрической памяти, для световой записи информации на диэлектрическую пленку и т.д.