2.2 Провідники в електричному полі

Коли провідник помістити у електричне поле, то під дією поля вільні електрони провідника почнуть переміщатись у напрямку, протилежному напрямку силових ліній поля. При цьому на одній поверхні провідника виникає надмірний негативний заряд, а на іншій - надмірний позитивний. Тобто, всередині провідника виникає додаткове електричне поле, напруженість якого направлена назустріч напруженості зовнішнього поля. Тоді, напруженість й дія зовнішнього поля на вільні електрони буде слабнути. Це буде відбуватися доки напруженість результуючого поля всередині провідника не стане рівною нулю:

Тоді, розподілення зарядів закінчиться і електрони стануть нерухомими.

Таким чином, електричне поле всередині провідника відсутнє й всякий провідник, який знаходиться біля наелектризованого тіла, електризується. Це явище називається електростатичною індукцією чи електризацією. Слово індукція йде від латинського слова «індуко» - навожу. Явище електричної індукції було вивчено у 18 столітті руським вченим Ф.У. Епінусом.

Тобто, електростатична індукція - це явище розділення електричних зарядів провідника під дією зовнішнього електричного поля. При віддаленні цього поля електрони розподіляються по всьому провіднику й нейтральний стан провідника відновлюється. Електричні заряди розміщуються лише на зовнішній поверхні плоского чи випуклого провідника, але вони не розміщуються ні всередині тіла ні на вигнутих поверхнях. Тобто, електричне поле відсутнє всередині пустого зарядженого провідника. Це явище пояснюється тим, що по закону взаємодії однаково заряджених зарядів відбувається переміщення зарядів доки напруженості не зрівняються, але зовнішня поверхня завжди далі від внутрішньої, тому заряди розміщуються на зовнішній поверхні. При чому, чим більше кривизна поверхні, тим щільніше розміщуються заряди. Це явище використовують у вигляді металевих сіток для екранування ( захисту від зовнішніх електростатичних полей обладнання та людини при виконанні робіт у зоні впливу електричного поля ). При напруженості електричного поля до 5 кВ/м тривалість присутності людини у зоні його впливу не обмежується, при напруженості 20÷25 кВ/м - не більше 10 хвилин, при напруженості вище 25 кВ/м - треба використовувати екранування.

2.3 Поляризація діелектрика

Якщо діелектрик помістити у електричне поле, то під дією сил поля електрони на орбітах зміщуються назустріч поля ( тобто відносно один одного, так як вільних електронів діелектрик не має ).Тобто кожна раніше нейтральна молекула чи атом стають диполями з рівними зарядами ядра та електронів на орбітах. У деяких діелектриках та при відсутності електричного поля є диполі, але вони розташовані хаотично. А коли діелектрик знаходиться у електричному полі, то диполі розташовуються так що їх позитивні заряди знаходяться у напрямку силових ліній поля, а негативні - у протилежному напрямку. Такий діелектрик називається поляризованим, а явище - поляризацією діелектрика. Явище поляризації діелектриків було вивчено у 18 столітті руським вченим Ф.У. Епінусом. Виникає внутрішнє поле, напруженість якого направлена назустріч напруженості зовнішнього поля, та результуюча напруженість зменшується. Диполі з’являються на межі діелектрика та провідника, нейтралізують частку зарядів провіднику, тому сила взаємодії зарядів у провіднику зменшиться, та напруженість у кожній точці провіднику теж зменшиться, а діелектрична проникність за законом Кулона такого діелектрика збільшиться. При внесені діелектрика у електричне поле ЕРС цього поля зменшується на величину, яка дорівнює діелектричній проникності діелектрику, тобто у раз. Коли діелектрик знаходиться у змінному електричному полі, то зміщення електронів теж змінне. Це приводе до збільшення рухомості часток, а тобто до нагріву діелектрика згідно закону Джоуля - Ленца. Чим частіше змінюється поле, тим сильніше нагрівається діелектрик.