Провідник в електростатичному полі. Провідники, напівпровідники, діелектрики
Речовиною, що має вільні частки з зарядом, що рухаються по тілу за рахунок діючого електричного поля впорядковано, називають провідник в електростатичному полі. А заряди частинок називають вільними. Діелектрики, навпаки, їх не мають. Провідники і діелектрики мають різну природу і властивості.
провідник
В електростатичному полі провідники - метали, лужні, кислі і сольові розчини, а також іонізовані гази. Носії вільних зарядів у металах - це вільні електрони.
Відео: Провідники і діелектрики (Урок по електроніці №2)
При надходженні в однорідне електричне поле, де метали - провідники без заряду, почнеться рух у напрямку, який протилежно вектору напруги поля. Накопичуючись на одній стороні, електрони створять негативний заряд, а на іншій стороні недостатнє їх кількість стане причиною появи надлишкової позитивного заряду. Вийде, що заряди розділяться. Некомпенсовані різні заряди виникають під впливом зовнішнього поля. Таким чином, вони індуковані, а провідник в електростатичному полі залишається без заряду.
нескомпенсовані заряди
Електризація, коли заряди перерозподіляються між частинами тіла, називається електростатичного індукції. нескомпенсовані електричні заряди утворюють своє тіло, напруженості внутрішні і зовнішні протилежні одна одній. Розділяючись і потім накопичуючись на протилежних частинах провідника, напруженість внутрішнього поля зростає. В результаті воно стає нульовим. Тоді заряди врівноважуються.
При цьому весь нескомпенсований заряд знаходиться зовні. Цей факт використовують, щоб отримати електростатичну захист, що охороняє прилади від впливу полів. Їх поміщають в сітки або заземлення корпусу з металу.
діелектрики
Речовини без вільних електричних зарядів в стандартних умовах (тобто, коли температура не дуже висока і не низька) називаються діелектриками. Частинки в цьому випадку не можуть пересуватися по тілу і зміщуються тільки чуть-чуть. Тому електричні заряди тут пов`язані.
Діелектрики поділяються на групи в залежності від молекулярногобудови. Молекули діелектриків першої групи асиметричні. До них відноситься і звичайна вода, і нітробензол, і спирт. Їх позитивні та негативні заряди не збігаються. Вони виступають в ролі електричних диполів. Такі молекули вважаються полярними. Їх електричний момент дорівнює кінцевому значенню при всіх різних умовах.
Друга група складається з діелектриків, у яких молекули мають симетричну будову. Це парафін, кисень, азот. Позитивні і негативні заряди у них мають схоже значення. Якщо зовнішнього електричного поля немає, то і електричний момент теж відсутня. Це неполярні молекули.
Різнойменні заряди в молекулах в зовнішньому полі мають зміщені центри, спрямовані в різні боки. Вони перетворюються в диполі і отримують ще один електричний момент.
Діелектрики третьої групи мають кристалічну будову з іонів.
Цікаво, як веде себе диполь у зовнішньому однорідному полі (адже він є молекулою, що складається з неполярних і полярних діелектриків).
Будь заряд диполя наділений силою, кожна з яких має один і той же модуль, але різне спрямування (протилежне). Утворюються дві сили, які мають обертальний момент, під дією якого диполь прагне повернутися таким чином, щоб напрямок векторів збігалося. В результаті він отримує направлення зовнішнього поля.
У неполярному діелектрику зовнішнього електричного поля немає. Тому молекули позбавлені електричних моментів. В полярному діелектрику тепловий рух утворюється в повному безладі. Через це електричні моменти мають різне спрямування, а їх векторна сума - нульова. Тобто діелектрик не має електричного моменту.
Відео: Провідники в електричному полі
Діелектрик в однорідному електричному полі
Помістимо діелектрик в однорідне електричне поле. Ми вже знаємо, що диполі - це молекули полярних і неполярних діелектриків, які спрямовані в залежності від зовнішнього поля. Їх вектори впорядковані. Тоді сума векторів не є нульовою, і діелектрик має електричний момент. Усередині нього є позитивні і негативні заряди, які взаімокомпенсіруми і знаходяться близько один від одного. Тому діелектрик і не отримує заряд.
Протилежні поверхні мають нескомпенсовані поляризаційні заряди, які дорівнюють, тобто діелектрик поляризується.
Якщо взяти іонний діелектрик і помістити в електричне поле, то ґрати кристалів з іонів в ньому злегка зміститься. В результаті діелектрик іонного типу отримає електричний момент.
Поляризаційні заряди утворюють своє електричне поле, яке має протилежний зміст із зовнішнім. Тому напруженість електростатичного поля, яке утворюється зарядами, поміщеними в діелектрик, виходить менше, ніж у вакуумі.
провідник
Інша картина складеться з провідниками. Якщо провідники електричного струму внести в електростатичне поле, в ньому виникне короткочасний струм, так як діючі на вільні заряди електричні сили будуть сприяти виникненню руху. Але також всім відомий закон термодинамічної незворотності, коли будь-який макропроцес в замкнутій системі і рух повинні в підсумку закінчитися, а система урівноважитися.
Провідник в електростатичному полі - це тіло з металу, де електрони починають рух проти силових ліній і почнуть накопичуватися зліва. Провідник праворуч втратить електрони і отримає позитивний заряд. При поділі зарядів він знайде своє електричне поле. Це називається електростатичною індукцією.
Всередині провідника напруженість електростатичного поля нульова, що легко довести, рухаючись від зворотного.
Особливості поведінки заряду
Заряд провідника накопичується на поверхні. Крім того, він розподіляється таким чином, що щільність заряду орієнтується на кривизну поверхні. Тут вона буде більше, ніж в інших місцях.
Провідники і напівпровідники мають кривизну найбільше на вістрях кута, крайках і заокругленні. Тут же спостерігається і велика щільність заряду. Поряд з її збільшенням росте і напруженість поруч. Тому тут створюється сильне електричне поле. З`являється коронний заряд, через що стікаються заряди від провідника.
Якщо розглянути провідник в електростатичному полі, у якого вилучено внутрішня частина, виявиться порожнину. Від цього нічого не зміниться, тому що поля як не було, так і не буде. Адже в порожнині воно відсутнє за визначенням.
висновок
Ми розглянули провідники і діелектрики. Тепер ви можете зрозуміти їх відмінності і особливості прояву якостей у схожих умовах. Так, в однорідному електричному полі вони поводяться зовсім по-різному.
