Електротехніка гр.19/24 23.01.2025
Урок№3,4:Потік вектора через елементи поверхні. Поляризація речовин. Вектор електричного зміщення індукції.
Електричні характеристики електронейтрального тіла залежать від рухливості заряджених частинок у ньому, що визначається будовою атомів речовини та їх взаємним розташуванням. За концентрацією вільних заряджених частинок у речовині всі речовини поділяються на три основні класи: провідники, діелектрики та напівпровідники. До провідників відносяться речовини, що містять заряджені частинки, здатні рухатися впорядковано по всьому об'єму тіла під дією електричного поля, так звані вільні заряди. Провідниками є всі метали, водяні розчини солей, кислот, лугів, розплави солей, іонізовані гази. Розглянемо поведінку в електричному полі лише твердих металевих провідників. У металах носіями вільних набоїв є вільні електрони. Їх називають електронами провідності. Вільні електрони беруть участь у тепловому русі і можуть переміщатися шматком металу в будь-якому напрямку.
Помістимо незаряджений металевий провідник у однорідне електростатичне поле. Під дією поля в ньому виникне впорядкований рух вільних електронів у напрямку, протилежному напрямку напруженості цього поля. Електрони накопичуватимуться на одній стороні провідника і утворюють там надмірний негативний заряд, а їх брак на іншій стороні провідника спричинить утворення там надлишкового позитивного заряду, тобто у провіднику відбудеться поділ зарядів. Ці нескомпенсовані різноіменні заряди з'являються у провіднику лише під впливом зовнішнього електричного поля, тобто такі заряди є індукованими (наведеними). А загалом провідник залишається незарядженим. У цьому ми переконуємось, виймаючи провідник із електричного поля. Вид електризації, у якому під впливом зовнішніх електричних полів відбувається перерозподіл зарядів між частинами певного тіла, називають електростатичної індукцією. Некомпенсовані електричні заряди, що з'явилися на протилежних частинах провідника, створюють усередині провідника власне електричне поле напруженістю Ēвн. Напрями зовнішнього та внутрішнього полів - протилежні:
В результаті переміщення вільних носіїв заряду і накопичення їх на протилежних частинах провідника напруженість внутрішнього поля збільшується і, нарешті, зрівнюється по модулю з напруженістю зовнішнього поля. Це призводить до того, що напруженість результуючого поля всередині провідника дорівнює нулю. До того ж, на провіднику встановлюється рівновага зарядів.
Електростатична індукція — явище, що виникає , коли у об'єкті відбувається поділ зарядів через присутність зовнішнього електричного поля. Такий поділ зарядів створює в об'єкті поляризацію, у результаті генерується власне електричне поле.
Всі внутрішні області провідника, внесеного до електричного поля, залишаються електронейтральними. Якщо видалити деякий об'єм, виділений всередині провідника, і утворити порожнину, то електричне поле усередині порожнини дорівнюватиме нулю. На цьому заснована електростатичний захист – чутливі до електричного поля прилади для виключення впливу поля поміщають в металеві ящики
Оскільки поверхня провідника є еквіпотенціальною, силові лінії у поверхні мають бути перпендикулярні до неї.
На відміну від провідників, в діелектриках (ізоляторах) немає вільних електричних зарядів. Вони складаються з нейтральних атомів або молекул. Заряджені частки в нейтральному атомі зв'язані один з одним і не можуть переміщатися під дією електричного поля .
Діелектриками або ізоляторами називають такі тіла, через які електричні заряди не можуть переходити від зарядженого тіла до незарядженого. Ця властивість діелектриків обумовлена тим, що в них за певних умов немає вільних носіїв заряду. Якщо умови змінюються, наприклад, під час нагрівання, у діелектриці можуть виникнути вільні носії заряду, і він почне проводити електрику. Отже, поділ речовин на провідники та діелектрики є умовним. До діелектриків відносяться всі гази за нормальних умов, рідини (гас, спирти, ацетон, дистильована вода та ін.), Тверді тіла (скло, пластмаси, сухе дерево, папір, гума і т.д.). У діелектриках електричні заряди не можуть переміщатися під дією електричного поля по всьому об'єму тіла, так як вільні заряди провідника. Діелектрики ділять на два види: полярні, що складаються з молекул, у яких центри розподілу позитивних та негативних зарядів не збігаються (вода, спирти та ін.) неполярні, що складаються з атомів або молекул, в яких центри розподілу позитивних та негативних зарядів збігаються (бензол, інертні гази, поліетилен та ін.).
Поляризація діелектриків
Всередині діелектрика електричне поле може існувати. Тяжіння незарядженого тіла (діелектрика) і зарядженого тіла пояснюється тим, що в електричному полі відбувається поляризація діелектрика, тобто зміщення по сторонах різноіменних зарядів, що входять до складу атомів і молекул таких речовин, але тут зсув відбувається в межах кожного атома або молекули. Молекули полярних діелектриків - це електричні диполі, що мають постійний дипольний момент внаслідок асиметрії центру мас позитивних та негативних зарядів. Якщо полярний діелектрик помістити в електричне поле, ці диполі починають повертатися своїми позитивно зарядженими кінцями до негативно зарядженої пластини, а негативно зарядженими — до позитивно зарядженої пластини. В результаті на поверхні діелектрика у позитивної пластини виникає досить тонкий шар негативних зарядів, а у негативної - позитивних, які створюють зустрічне поле. (Всередині діелектрика позитивні та негативні заряди сусідніх диполів компенсують дію один одного.) Однак, на відміну від провідників, це поле вже не здатне повністю компенсувати зовнішнє, а лише послаблює його в ε разів. - Джерело: Провідники та діелектрики в електричному полі
Молекули неполярних діелектриків, якщо немає зовнішнього електричного поля, дипольного моменту немає. Якщо неполярний діелектрик помістити в електричне поле, його молекули деформуються, внаслідок чого утворюються диполі, які поводяться, як і диполі полярного діелектрика. У полярних діелектриках також відбувається поляризація молекул, унаслідок чого в електричному полі дипольний момент кожної молекули дещо збільшується. Але поляризація неполярних діелектриків пояснюється виникненням дипольного моменту у молекулі внаслідок її деформації у зовнішньому електричному полі. Залежно від хімічного зв'язку вона може бути результатом деформації електронних оболонок окремих атомів та іонів (електронна поляризація) або наслідком усунення позитивних та негативних іонів у різні боки вздовж силових ліній зовнішнього електричного поля (іонна поляризація). Наведений дипольний момент збільшується зі збільшенням напруженості електричного поля.
Отже, в діелектриках, як й у провідниках, спостерігається індукція електричних зарядів. Однак, якщо в електричному полі розділити діелектрик на дві частини, то ми не отримаємо різноіменно заряджених тіл. У цьому полягає відмінність індукції в діелектриці від індукції у провідниках.
Діелектрична проникність речовини.
Для характеристики електричних властивостей діелектриків запроваджено особливу величину, яку називають діелектричною проникністю. Це фізична постійна, яка показує, у скільки разів модуль напруженості електричного поля всередині діелектрика Євн менший від модуля напруженості Е0 у вакуумі:
Діелектрична проникність визначена для всіх діелектриків і занесена в таблиці. Для дистильованої води ε = 81, а для гасу ε = 2.
Немає коментарів:
Дописати коментар