5.1.1.11. Электрометр

Э лектрометр предназначен для измерения заряда и состоит из металлических стержня, полого шарика, оси, стрелки и шкалы, размещённых в корпусе. Тело, несущее заряд q, приводят в соприкосновение с шариком. При этом часть заряда (или весь, если коснуться внутренней поверхности шарика (п.5.1.1.16) переходит на электрометр и распределяется по шарику, стержню, оси и стрелке, её концы отталкиваются от стержня (стержень и стрелка несут одноимённые заряды) и она поворачивается. Угол поворота пропорционален величине сообщенного электрометру заряда.

• Так как   q, электрометром можно измерить и потенциал.

5.1.1.12. Эквипотенциальные поверхности

В любом электрическом поле существует множество точек, имеющих одинаковый потенциал и принадлежащих одной поверхности.

Эквипотенциальная поверхность – поверхность, все точки которой имеют одинаковый потенциал.

Потенциальная энергия заряда q в точках эквипотенциальной поверхности одинакова и электрическая сила не совершает работу А (п.1.3.7.4.1) по перемещению заряда из одной точки данной поверхности в другую. Из А = 0  , т. е. силовые линии поля перпендикулярны эквипотенциальной поверхности (или касательной к ней).

Для поля точечного заряда:  1   2   3

Для однородного поля:  1   2   3

5.1.1.13. Разность потенциалов

Известно (п.5.1.1.10), что или , где - разность потенциалов.

• Разность потенциалов измеряют электрометром или вольтметром.

• Р абота поля положительна (её совершает поле), когда положительный заряд движется из т.1 в т.2 поля, причем > . В случае движения этого заряда против линий поля ( < ), работа поля будет отрицательна (совершается внешней силой против поля). Графически работа – площадь прямоугольника со сторонами q и ( ):

• В случае отрицательного заряда (-q) работа будет положительной, если заряд движется против линий поля.

• Для любых двух точек эквипотенциальной поверхности =0 и работа А=0.

5.1.1.14. Связь напряженности и разности потенциалов

Из А = Fd и A = q  Fd = q или qЕd = q  , т. е. напряжённость однородного электрического поля численно равна разности потенциалов на единице длины силовой линии.

5.1.1.15. Проводники и диэлектрики

Возьмём тела 1, 2, 3 и наэлектризуем тело 1. Соединим тела 1 и 3 телом 2. Если вещества тел 2 и 3 проводят электрический заряд, то тело 3 получит часть заряда.

Электропроводность – способность тела проводить электрический заряд.

По электропроводности можно выделить две большие группы веществ:

1) проводники – вещества, хорошо проводящие электрический заряд (металлы, электролиты, графит и др.);

2) диэлектрики – вещества, не проводящие электрический заряд (дерево, пластмасса, ткань, стекло и др.).

• Полупроводники (п.5.1.3.5) – вещества, занимающие промежуточное положение между проводниками и диэлектриками.

5.1.1.16. Проводник в электрическом поле

Поместим металлический проводник, состоящий из двух частей, в электростатическое поле . Отделим части проводника друг от друга. Приборы покажут, что они несут электрические заряды, равные по величине и противоположные по знаку. Значит, в проводнике есть свободные заряды и они перемещаются.

Заряды в проводнике перераспределятся, т.е. произойдет его электризация.

Электростатическая индукция – электризация тел в электростатическом поле.

При электростатической индукции заряды в проводнике перераспределяются и внутри него образуется собственное поле, направленное противоположно внешнему. Перераспределение зарядов закончится, когда в проводнике внешнее и внутреннее поля компенсируют друг друга и напряжённость поля внутри проводника станет равной нулю.

Из опытов известно, что весь электрический заряд наэлектризованного проводника располагается на его поверхности.

Значит, если металлическому шару (сфере) сообщить заряд +q, то внутри шара (сферы) не будет ни поля , ни заряда (q_внутр. = 0), а поверхность будет эквипотенциальной.

Э то свойство проводников используют в технике для экранирования (защиты приборов от действия внешних полей).

При внесении проводника картина поля меняется, т.к. силовые линии поля каждой точке поверхности проводника перпендикулярны касательной к ней (п.5.1.1.12).