- •Лекция №10. Проводники и диэлектрики в электрическом поле.
- •I.Электрическое поле вне и внутри проводника.
- •II.Распределение зарядов на поверхности проводника.Роль острия.
- •III.Электроемкость проводников.
- •IV.Конденсаторы.Вычисление емкости конденсаторов.
- •V.Энергия заряженного конденсатора.Энергия электрического поля.
- •VI.Электростатические явления в диэлектриках.
- •Опыт №1
- •VII.Поле диполя.Диполь в электрическом поле.
- •VIII.Виды диэлектриков.
- •IX.Диэлектрики во внешнем электрическом поле.
- •X.Виды диэлектриков.
Лекция №10. Проводники и диэлектрики в электрическом поле.
I.Электрическое поле вне и внутри проводника.
Деление твердых тел на три класса (проводники, диэлектрики, полупроводники) связано с вопросом концентрации в них свободных электронов.
Удельная проводимость:
В свою очередь удельная проводимость зависит от температуры Т:
Огромная разница в проводимости тел обусловливает резкие качественные различия в их поведении, что связано с распределением и подвижностью составляющих их микроскопических электрических зарядов.
Проводники– тела, в которых электрические заряды способны перемещаться под действием сколь угодно слабого электростатического поля.
При электризации проводника сообщенный ему заряд будет перераспределяться до тех пор, пока в любой точке внутри проводника , создаваемого данным распределением зарядов, не станет равным нулю
Тогда, согласно определению градиента потенциала:
Электрический потенциал всех точек внутри и на поверхности проводника одинаков.
Поэтому сообщенный проводнику избыточный заряд вследствие отталкивания распределяется по поверхности проводника, причем его наружной поверхности.
Опыт №1.
|
Заряженная гибкая сетка (электрические заряды на вогнутых частях сетки отсутствуют).
|
|
На поверхности заряженного проводника должен быть направлен по нормали к этой поверхности, иначе под действием составляющей вектора, касательной к поверхности проводника, заряды перемещались бы по проводнику. Согласно теоремы Остроградского-Гаусса, напряженность и индукция на поверхности проводника: |
В проводниках могут свободно перемещаться не только заряды, принесенные из вне, но и заряды из которых состоят и молекулы проводника. При помещении проводника в электрическое поле его заряды начнут перемещаться, что приведет к частичному разделению его зарядов.
Возбуждение зарядов в проводнике под действием электрического поля называется электростатической индукциейилиэлектризацией через влияние.
Отсутствие поля внутри проводника, помещенного в электрическое поле, применяется в технике для электростатической защитыот внешних полей – экранировка (электрические приборы, провода). Причем электростатической защитой может служить густая металлическая сетка.
Примеры применения электростатической индукции:
1.Для получения обоих родов электричества.
Опыт №2.
2.Индукционные машины.
3. Электрофор(превращает механическую энергию в электрическую).
4 .Электростатический генератор.
5.Электрофорная машина.
II.Распределение зарядов на поверхности проводника.Роль острия.
|
Распределение зарядов по поверхности проводника зависит от его кривизны. Рассмотрим два шара с радиусами R1иR2,q1иq2, соединенных проводником. При соединении шаров проводником, имеем: φ1= φ2. |
Учитывая, что:
,
где σ – поверхностная плотность заряда на поверхности
(1)
Учитывая, что Е ≈ σ, можно получить, что поле малого шара сильнее, т.е. малые радиусы кривизны обладают большой σ, а, следовательно, поле Е – огромно.
Опыт №3.
а) стекания заряда с острия: |
заряды шаров выравниваются вследствие стекания зарядов. |
б) «электрический ветер»: |
У острия под действием сильного поля в нейтральных молекулах газов образуются индуцированные заряды и они, становясь диполями, втягиваются в поле и разряжают острие. Поток заряженных частиц от острия имеет большую скорость, т.е. образуется течение воздуха – «электрический ветер». |