Тема занятия. Проводники и диэлектрики в электростатическом поле. Поляризация диэлектриков

Тема занятия

«Проводники и диэлектрики в электростатическом поле. Поляризация диэлектриков"

1.. Рассмотрим проводник. Красные кружки –электроны, синие – положительные ионы.

Поместим проводник во внешнее однородное электрическое поле, созданное двумя параллельными пластинами.

Поставим знаки зарядов на пластинах.

Изобразим графически электрическое поле.

Что произойдет с электронами?

Убегут к положительной пластине.

В проводнике появляется свое поле, направленное противоположно внешнему.

Поля скомпенсировали друг друга. Результирующее поле внутри проводника равно 0.

2.Делаем выводы: электростатическое поле внутрь проводника не проникает, заряды скапливаются на поверхности проводника.

В разделении зарядов и заключается явление электростатической индукции. Благодаря этому явлению осуществляется электростатическая защита.Если какой-либо прибор необходимо защитить от внешних электрических полей, то его помещают в проводящую оболочку

Этот вывод наглядно продемонстрировал английский физик Майкл Фарадей. Он провёл следующий опыт. Оклеил большую деревянную клетку листами станиоля (оловянной бумагой) и изолировал её от Земли. При помощи электрической машины Фарадей очень сильно зарядил клетку, а сам поместился в неё с чувствительным электроскопом. При этом электроскоп не показывал никакого отклонения.

3. Можно провести подобный опыт.

Возьмём электрометр, на стержне которого укреплена малая сфера, и поднесём к нему положительно заряженную стеклянную пластину. Под действием поля пластины стрелка электрометра отклонится от стержня. Накроем теперь сферу калориметром и так же поднесём заряженную пластину. Стрелка отклоняться не будет. Калориметр оказывает экранирующее действие. Внутри него электрического поля нет.

4.Диэлектрики - это вещества, не содержащие свободных заряженных частиц, т.е. таких заряженных частиц, которые способны свободно перемещаться по всему объему тела. Поэтому диэлектрики не могут проводить электрический ток.

По внутреннему строению диэлектрики разделяются на полярные и неполярные

5.Чтобы разобраться, почему в диэлектрике нет свободных зарядов, рассмотрим его строение на примере типичного диэлектрика - поваренной соли.

Мы уже видели, что у натрия во внешней оболочке один валентный электрон, слабо связанный с атомом. Посмотрим, сколько валентных электронов у хлора.

У хлора семь валентных электронов и для завершения энергетического уровня ему не хватает одного электрона. Хлор захватывает недостающий электрон у натрия. Натрий, отдавая электрон, заряжается положительно, а хлор, забрав электрон, заряжается отрицательно. Получается система из двух разноимённых зарядов, связанных между собой. Такая система связанных зарядов называется электрическим диполем.

Диэлектрики же, состоящие из таких диполей, называют полярными.
К полярным диэлектрикам относятся поваренная соль, спирты, вода и др.

6. Есть ещё другие диэлектрики, их называют неполярными. У этих диэлектриков нет диполей, они состоят из молекул, у которых совпадают центры положительных и отрицательных зарядов. Как только мы помещаем их во внешнее поле, происходит разделение зарядов, неполярная молекула становится диполем.

7. Поместим диэлектрик в электростатическое поле,

на каждый диполь будет действовать пара сил. Под действием этих сил диполи начнут разворачиваться отрицательными полюсами влево, а положительными вправо. При этом с левой стороны окажется больше положительных полюсов диполей, а справа - отрицательных.

8.Вывод: Внутри диэлектрика возникнет своё, внутреннее поле, направленное против внешнего. Тепловое движение молекул не даёт им выстроиться ровно вдоль силовых линий, поэтому внутреннее поле будет меньше внешнего. Следовательно, общее поле внутри диэлектрика будет меньше внешнего

9.Для того чтобы описать, как сильно ослабляет диэлектрик электрическое поле, вводят величину, которую называют диэлектрической проницаемостью.

Если обозначить Е_внеш - напряжённость электрического поля в вакууме;

Е _вещ.- напряжённость электрического поля в диэлектрике;

ε- диэлектрическая проницаемость среды, то получим формулу

вода ослабляет внешнее поле в 81 раз

10.Поляризация диэлектриков — явление, связанное с ограниченным смещением связанных зарядов в диэлектрике или поворотом электрических диполей, обычно под воздействием внешнего электрического поля, что приводит к ослаблению внешнего поля.

11. Источники электрических полей.

Земля, компьютеры и другая техника, грозовые тучи, линии электропередач...

12.В школе была проведена большая проверка санэпиднадзора, в результате было выявлено, что вся оргтехника на предмет электростатических полей соответствует санитарным нормативам. Но существуют нормы использования компьютера на уроке. Для старшеклассников это 20 минут. Выключаем компьютер.

13.Источником сильного электрического поля является земля.

Согласно новейшим исследованиям, земной шар заряжен отрицательно, то есть избыточным количеством свободных электрозарядов, около 6*10 ⁵ Кл. Это очень большой заряд. Отталкиваясь друг от друга силами Кулона, электроны стремятся скопиться на поверхности земного шара.

На большом расстоянии от земли, охватывая ее со всех сторон, находится ионосфера, состоящая из большого количества положительно заряженных ионов. Между землей и ионосферой существует электрическое поле.

При ясном небе на расстоянии метра от земли разность потенциалов достигает примерно 125 В.

14. Электроны, стремящиеся под действием поля вырваться с поверхности земли, проникали в голые ступни и электропроводные концы нервов мышц первобытного человека, ходившего по земле босиком.

Это проникновение электронов продолжалось только до тех пор, пока общий свободный отрицательный заряд человека не достигал потенциала заряда на участке поверхности земли, где он находился.

Под действием поля заряды, проникшие в тело человека, стремились вырваться наружу, где и захватывались положительно заряженными ионами атмосферы, непосредственно соприкасавшейся с открытыми кожными покровами головы и рук.

Тело человека, его живые клетки и все функциональные зависимости метаболизма миллионы лет были приспособлены природой для здоровой жизни человека в условиях околоземного электрического поля.

15. Человек надел сапоги, синтетическую одежду, выстроил дома, изобрел токонепроводящнй линолеум, резиновые подошвы, залил улицы городов и дороги асфальтом. Человек сегодня гораздо меньше соприкасается с электрозарядами земли. Т.е. он стал заряженным положительно.

В этом заключается одна из причин таких “общедоступных” болезней, как головные боли, раздражительность, неврозы, сердечнососудистые заболевания, быстрая утомляемость, плохой сон и пр.

16.Человек – проводник или диэлектрик? На 60 % состоит из воды, мозг на 90%, значит, диэлектрик. А это значит, что электрическое поле в теле человека есть.

Причем напряженность этого поля человеческого тела меняется в зависимости от напряженности внешнего электрического поля в данной точке земли в данный момент, от положения тела человека.

Домашнее задание:

1. прочитать конспект

2. ответить на поставленные вопросы

- Почему и как в туче происходит разделение зарядов?

- Как изменяется величина и направление напряженности поля при грозе?

- Какова причина молнии?

- Как уберечься от сильнейшего электрического поля молнии?

- Почему нельзя пользоваться огородом, если он находится вблизи высоковольтной линии электропередачи?