Тема 1.2Свойства проводников и электроизоляционных материалов

Тема 1.2Свойства проводников и электроизоляционных материалов

Проводники содержат большое количество свободных зарядов (электронов), которые участвуют в тепловом движении и могут перемещаться по всему объему проводника. Типичные проводники – металлы.

В отсутствие внешнего поля в любом элементе объема проводника отрицательный свободный заряд компенсируется положительным зарядом ионной решетки.

В проводнике, внесенном в электрическое поле, происходит перераспределение свободных электронов. Под действием внешнего электрического поля с напряженностью в металлическом теле свободные электроны перемещаются к одной поверхности, которая получает отрицательный заряд. Противоположная поверхность заряжается положительно. Этот процесс называют электростатической индукцией.

В результате разделения зарядов в проводнике создается внутреннее электрическое поле с напряженностью , направленное противоположно внешнему полю.

Движение свободных электронов в проводнике в данном случае кратковременно, пока напряженности внешнего и внутреннего полей не уравняются.

При равенстве результирующая напряженность электрического поля рана нулю. .

Полное электростатическое поле внутри проводника равно нулю, а потенциалы во всех точках одинаковы и равны потенциалу на поверхности проводника.

Если удалить некоторый объем, выделенный внутри проводника, и образовать пустую полость, то электрическое поле внутри полости будет равно нулю.

На этом основана электростатическая защита – чувствительные к электрическому полю приборы для исключения влияния поля помещают в металлические ящики.

В диэлектриках (изоляторах) нет свободных электрических зарядов. Они состоят из нейтральных молекул, в которых заряженные частицы связаны друг с другом и не могут перемещаться под действием электрического поля по всему объему диэлектрика. При внесении диэлектрика во внешнее электрическое поле в нем возникает некоторое перераспределение зарядов молекул.

Различают диэлектрики с неполярными и полярными молекулами.

Неполярные молекулы имеют симметричное распределение положительных и отрицательных зарядов. Для каждой из молекул такого диэлектрика центры тяжести положительных и отрицательных зарядов совпадают.

Полярные молекулы представляют собой положительное ядро с электронами, движущимися по вытянутым орбитам.

У полярных диэлектриков центры тяжести положительных и отрицательных зарядов не совпадают и их можно моделировать диполем.

Диполь – это совокупность двух точечных зарядов, равных по модулю и противоположных по знаку.

Примером диполя является молекула воды.

Диполь характеризуется дипольным моментом, равным произведению заряда на плечо диполя (кратчайшее расстояние между зарядами).

Момент является векторной величиной.

Молекулы поваренной соли NaCl тоже являются диполями.

Во внешнем электрическом поле диполь испытывает действие пары сил, которая поворачивает его в сторону напряженности поля. Из-за теплового движения ориентация диполей частичная.

В неполярных молекулах диэлектрика под действием внешнего электрического поля заряженные частицы смещаются вдоль направления вектора напряженности поля, в результате чего молекулы приобретают свойства диполей.

Явление ограниченного смещения заряженных частиц в молекуле или изменения ориентации дипольных молекул в диэлектрике под действием электрического напряжения называется поляризацией диэлектрика.

В результате поляризации на поверхности диэлектрического образца появляются избыточные не скомпенсированные связанные заряды .

Все заряженные частицы, образующие макроскопические связанные заряды, по-прежнему входят в состав своих атомов. Связанные заряды создают электрическое поле с напряженностью , которое внутри диэлектрика направлено противоположно вектору напряженности внешнего поля.

Результирующее электрическое поле внутри диэлектрика существует и по модулю оказывается меньше внешнего поля.

Физическая величина, равная отношению модуля напряженности внешнего электрического поля в вакууме к модулю напряженности результирующего поля в однородном диэлектрике, называется диэлектрической проницаемостью вещества.

12 Следующая ⇒