Урок № 22 Поурочный конспект по физике

Группа 16 Дата 17. 02. 2022г.

Тема урока: Проводники и диэлектрики в электростатическом поле.

Цели : рассмотреть свойства проводников и диэлектриков в электростатическом поле.

Задачи: образовательная: формирование представления о проводниках и диэлектриках; ознакомление учащихся со строением проводников и диэлектриков и их поведением в электростатическом поле; демонстрация тесной связи теории с практикой.

развивающие: развивать у обучающихся умения наблюдать, анализировать, обобщать, сравнивать познавательные объекты, делать выводы, осуществлять самоконтроль, самооценку и самокоррекцию учебной деятельности;

воспитательные: развивать у обучающихся ответственность, трудолюбие, научное мировоззрение.

Ход урока:

Ⅰ. Проверка домашнего задания.

1. Какое поле называется электрическим

2. Чему равна напряженность поля точечного заряда?

3. Чему равна напряженность роля заряженного проводящего шара?

4. Что такое принцип суперпозиции?

Ⅰ I. Изучение нового материала.

По электрическим свойствам все вещества разделяют на два класса - проводящие электричес- кий ток ( проводники ) и не проводящие электрический ток ( диэлектрики, или изоляторы).

Проводник - это тело или материал, в котором электрические заряды начинают перемещаться под действием сколь угодно малой силы. Поэтому эти заряды называют свободными (в металлах свободные заряды- это электроны, в растворах и расплавах солей (кислот и щелочей) - ионы.

Диэлектрик - это тело или материал, в котором под действием сколь угодно больших сил заряды смещаются лишь на малое, не превышающее размеров атома расстояние относительно своего положения равновесия. Такие заряды называются связанными.

Проводниками называют вещества, проводящие электрический ток (металлы, растворы солей и т. д). Основная особенность проводников – наличие свободных зарядов участвующих в тепловом движении и перемещающихся по всему объему проводника. При отсутствии внешнего поля в любом элементе проводника отрицательный свободный заряд компенсируется положител ьным зарядом ионной решетки. В проводнике, внесенном в электрическое поле, происходит перераспределение свободных зарядов, в результате чего на поверхности проводника возникают нескомпенсированные положительные и отрицательные заряды.

Явление перераспределения зарядов внутри проводника под действием внешнего электрического поля называется электростатической индукцией . Заряды, появляющиеся на поверхности проводника, называются индукционными зарядами .

Индукционные заряды создают свое собственное поле Е' , которое компенсирует внешнее поле во всем объеме проводника: (внутри проводника).

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

Диэлектриками (изоляторами) называют вещества, не проводящие электрического тока.

В диэлектриках при обычных условиях практически нет свободных электрических зарядов. Они состоят из нейтральных атомов или молекул. Заряженные частицы в атоме связаны друг с другом и не могут перемещаться под действием электрического поля по всему диэлектрику.

При внесении диэлектрика во внешнее электрическое поле Е0 в нем возникает некоторое перераспределение зарядов, входящих в состав атомов или молекул и на поверхности диэлектрического образца появляются избыточные нескомпенсированные связанные заряды. Все заряженные частицы, образующие макроскопические связанные заряды, по-прежнему входят в состав своих атомов. Связанные заряды создают электрическое поле Е', которое внутри диэлектрика направлено противоположно вектору напряженности внешнего поля . Этот процесс называется поляризацией диэлектрика.

Электрической поляризацией называют особое состояние вещества, при котором электрический момент некоторого объёма этого вещества не равен нулю.

В зависимости от химического строения диэлектрики разделяют на три группы:

1) неполярные диэлектрики - вещества, молекулы (атомы) которых неполярные: в них при отсутствии внешнего электрического поля центры масс положительных и отрицательных зарядов совпадают (аргон, ксенон, газы, состоящие из симметричных двухатомным молекул: кислород, водород, азот, масло, бензин, пластмассы). Внесение диэлектрика во внешнее электростатическое поле приводит к поляризации диэлектрика. Во время поляризации неполярных диэлектриков под действием внешнего электростатического поля молекулы поляризуются: положительные заряды смещаются в направлении вектора напряженности Е0 этого поля, а отрицательные — в противоположном направлении. В итоге, молекулы превращаются в электрические диполи, расположенные цепочками вдоль силовых линий внешнего поля. В результате на поверхностях появляются некомпенсированные связанные заряды противоположных знаков, которые создают свое поле, напряженность ' которого направлена навстречу напряженности 0 внешнего поля.

2). Полярные диэлектрики - вещества, молекулы которых полярны: у них при отсутствии внешнего электрического поля центры масс положительных и отрицательных зарядов не совпадают (вода). Молекулы воды, как и других полярных диэлектриков, представляют собой микроскопические электрические диполи.

Электрический диполь — электронейтральная совокупность равных по модулю и противоположных по знаку двух зарядов, расположенных на некотором расстоянии друг от друга. При отсутствии внешнего электростатического поля дипольные молекулы благодаря тепловому движению располагаются беспорядочно. Поэтому векторная сумма напряженностей полей, создаваемых дипольными молекулами диэлектрика, равна нулю. В процессе поляризации полярных диэлектриков возникает ориентировочная поляризация. Под действием внешнего поля дипольные молекулы диэлектрика пытаются вернуться так, чтобы их оси были расположены вдоль силовых линий поля, но тепловое движение молекул мешает этому процессу. Поэтому возникает лишь частичное упорядочение дипольных моментов. Наличие упорядочения в расположении молекул приводит к тому, что на поверхностях диэлектрика появляются нескомпенсированные заряды противоположных знаков. Эти заряды образуют свое поле, напряженность Е' которого направлена навстречу напряженности Е0 внешнего поля.

3). Ионные диэлектрики — вещества, имеющие ионную структуру (соли и щелочи: натрий хлорид натрия (NaCl), калия хлорид (KCl) и т. др. При отсутствии внешнего электростатического поля каждая ячейка и кристалл в целом является электронейтральним. В процессе поляризации ионы разных знаков смещаются в противоположных направлениях, из-за чего на гранях кристалла появляются некомпенсированные связанные заряды, т. е. кристалл поляризуется.

Внесение диэлектрика во внешнее электростатическое поле приводит к появлению связанных зарядов на поверхности диэлектрика.

Связанные заряды создают электрическое поле напряженностью Е', которая внутри диэлектрика направлена противоположно вектору напряженности Е 0 внешнего поля. Благодаря этому поле внутри диэлектрика ослабевает. В результате напряженность Е результирующего поля внутри диэлектрика оказывается по модулю меньше, чем напряженность Е 0 внешнего поля: Е = Е0 - Е '. Уменьшение модуля напряженности Е электростатического поля в веществе, по сравнению с модулем напряженности Е 0 электростатического поля в вакууме, характеризуется физической величиной, которую называют диэлектрической проницаемостью являются вещества:

Уменьшение напряженности электрического поля в диэлектрике в е раз приводит к такому же уменьшению силы электростатического взаимодействия точечных зарядов в данном диэлектрике.

Поэтому закон Кулона для точечных зарядов расположенных в диэлектрике, имеет вид:

Формулы для расчета напряженности и потенциала поля, созданного точечным зарядом Q, расположенным в диэлектрике, имеют вид:

ВЫВОД:

Внутри проводника электрического поля нет. Весь статический заряд проводника сосредоточен на его поверхности.

Электрический диполь- совокупность двух точечных зарядов, равных по модулю и противоположных по знаку.

Виды диэлектриков: неполярные, полярные, ионные. Полярные состоят из молекул, у которых не совпадают центры распределения положительных и отрицательных зарядов (поваренная соль, спирты, вода и др. ) Неполярные состоят из молекул, у которых совпадают центры распределения положительных и отрицательных зарядов( инертные газы, О 2, Н 2, бензол, полиэтилен и др. )

12 Следующая ⇒