2.7.1.3. Электростатическая индукция

Входы: электрическое поле.

Выходы: напряженность электрического поля.

Графическая иллюстрация:

Рис.2.30. Электростатическая защита;

поле в металлической полости равно нулю.

Рис.2.31. Ориентационный механизм поляризации полярного диэлектрика

Рис.2.32. Поляризация неполярного диэлектрика

Сущность:

Электростатическая индукция - наведение в проводниках или диэлектриках электрических зарядов в постоянном электрическом поле. В проводниках (рис.2.31) подвижные заряженные частицы - электроны - перемещаются под действием внешнего электрического поля. Перемещение происходит до тех пор, пока заряд не перераспределится так, что созданное им электрическое поле внутри проводника полностью скомпенсирует внешнее поле и суммарное электрическое поле внутри проводника станет равным нулю. (Если бы этого не произошло, то внутри проводника, помещённого в постоянное электрическое поле, неограниченно долго существовал бы электрический ток, что противоречило бы закону сохранения энергии.). В результате на отдельных участках поверхности проводника (в целом нейтрального) образуются равные по величине наведённые (индуцированные) заряды противоположного знака. В диэлектриках (рис.2.32), помещённых в постоянное электрическое поле, происходит поляризация, которая состоит либо в небольшом смещении положит. и отрицательных зарядов внутри молекул в противоположные стороны, что приводит к образованию электрических диполей (с электрическим моментом, пропорциональным внешнему полю), либо в частичной ориентации молекул, обладающих электрическим моментом в направлении поля. В том и другом случае электрический дипольный момент единицы объёма диэлектрика становится отличным от нуля. На поверхности диэлектрика появляются связанные заряды. Если поляризация неоднородная, то связанные заряды появляются и внутри диэлектрика. Поляризованный диэлектрик порождает электростатическое поле, добавляющееся к внешнему полю.

Математическое описание:

Для металлов индуцированные заряды создают свое собственное поле E¹ которое компенсирует внешнее поле E₀ во всем объеме:

Применение.

Основное применение электростатической индукции - защита объектов от внешних электрических полей и устранение помех в электронных схемах. Для этого объекты помещают в металлические экраны. Например, в «крабах» (устройствах для подключения нескольких телевизоров к одной антенне) электрическая схема находится в металлическом экране. Металлический, сплетенный в виде сетки цилиндрический экран телевизионного кабеля защищает от внешних электрических полей центральный провод, по которому передается телевизионный сигнал. На явлении электростатической индукции основаны также принципы работы электростатических фильтров, электростатических сепараторов молекул и т.п.

2. Магнитное поле

Магнитное поле - силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения. Магнитное поле характеризуется вектором магнитной индукции В, который определяет силу, действующую в данной точке поля на движущийся электрический заряд или на тела, имеющие магнитный момент. Источниками макроскопического магнитного поля являются намагниченные тела, проводники с током и движущиеся электрически заряженные тела.