Самостійна робота № 4

Тема: Речовина в електричному полі. Вплив електричного поля на живі організми.

Мета:

Знати - фізичний зміст явищ електростатичної індукції, поляризації діелектриків.

Вміти - пояснити можливість електростатичного захисту та впливу електричного поля на живі організми..

План вивчення теми:

1. Електростатична індукція та електростатичний захист.

2. Види діелектриків та поляризація діелектриків.

3. Діелектрична проникненість речовини та поверхнева густина заряду

Рекомендована література

Засєкіна Т.М., Засєкін Д.О. Фізика для 11 кл. Академічний рівень. Х.: Сиция, 2011.- с. 247 - 250

Основні теоретичні відомості

У незаряджених провідниках сумарний заряд позитивних йонів дорівнює сумарному зарядові віль­них електронів. Якщо провідник внести в електричне поле (Рис.4.1), відбувається перерозподіл зарядів під дією зовнішнього електричного поля. Це явище називається електростатичною індукцією (або електризацією через вплив).

Рис. 4.1 Надлишкові заряди створю­ють всередині провідника

додаткове електричне поле, напрям якого протилежний основному полю (лінії напруженості цього поля зображені штриховими лініями). Внаслідок на­кладання полів напруженість результуючого поля в про­віднику зменшується. Це означає, що сила, яка діє на електрони і спричиняє їх переміщення до відповідної частини провідника, зменшується. Впорядковане переміщення елек­тронів повністю припиняється, коли напруженості зов­нішнього і внутрішнього полів виявляться однаковими за значенням. Напруженість результуючого поля всередині провідника дорівнюватиме нулю. У випадку незарядженого провідника напруженість електричного поля всередині про­відника також дорівнює нулю. Хоча електрони і йони створюють мікроскопічні поля, але внаслідок суперпозиції ці поля взаємно компенсують одне одного, і середнє значення напруженості результуючого поля дорівнюватиме нулю.

Отже, електричного поля немає всередині як зарядженого, так і незарядженого провідника. На цьому ґрунтується елек­тростатичний захист чутливих до електричного поля приладів. Для захисту від зовнішніх електричних полів чутливі електровимірювальні прилади оточують густою сіткою (Рис.4.2), центральний дріт кабеля телеантени – плетеним дротяним екраном (клітка Фарадея). Але частіше екранують не чутливий до електричного поля прилад, а саме джерело електрич-

Рис. 4.2 ного поля, від небажаного впливу якого треба захис- тити розміщені поблизу нього пристрої.

За наявності гострих виступів на зарядженому провіднику напру­женість поля поблизу них може виявитися настільки значною, що в навколишньому повітрі починаєть­ся йонізація молекул і з’явля­ються позитивні і негативні йони. Йони з таким самим знаком заряду, що і у вістря рухаються від вістря, захоплюючи під час свого руху і нейтральні моле-

Рис. 4.3 кули. Внаслідок цього виникає спрямована течія повітря від вістря, або електричний вітер. Його можна виявити, якщо піднести до вістря запалену свічку (Рис.4.3). Полум'я свічки відхиляється від вістря і може бути погашене струминою електричного вітру.

Поверхнева густина заряду у провіднику залежить від форми поверхні:

, (4.1)

Найменша величина - на внутрішній поверхні, найбільша – на виступаючих вістрях.

Явище стікання зарядів із загострених провідників дово­диться враховувати в техніці. Металеві частини всіх приладів і машин, які працюють під високою електричною напругою, роблять добре заокругленими, а кінці металевих стержнів за­безпечують гладенькими кульками. Наявність загострень призводить до стікання зарядів і порушення ізоляції.

Діелектрики – речовини, які не проводять електричний струм, бо у них електричні заряди знаходяться у зв’язаному стані.

Види діелектриків:

1. неполярні - не створюють власного електростатичного поля;

2. полярні - створюють власне електростатичне поле.

Поляризація діелектриків – реагування на зовнішнє електричне поле.

1. Молекули неполярного діелектрика (Рис.4.4) деформуються, в результаті чого виникають диполі, які орієнтуються вздовж вектора напруженості Е зовнішнього поля (деформаційна поляризація).

Рис. 4.4

2 . Молекули полярного діелектрика (Рис.4.5) орієнтуються вздовж вектора напруженості Е зовнішнього поля (орієнтаційна поляризація).

Рис. 4.5

В обох випадках на поверхні діелектрика з’являються зв’язані електричні заряди, які створюють всередині діелектрика поле Е₁, що направлене протилежно до зовнішнього поля Е. Електричне поле Е₀ всередині діелектрика послаблюється. (Рис.4.6).

Рис. 4.6

Про ступінь поляризованості діелектрика завжди можна судити за від­ношенням

(4.2)

Із (4.2) видно, що — безрозмірна величина і для діелектриків завжди більша за одиницю. - діелектрична проникненість речовини, що залежить від природи ді­електрика та його стану і показує, у скільки разів напруженість результуючого поля в однорідному ізотропному діелектрику менша за напруженість поля у вакуумі.