Проводники и диэлектрики в электрическом поле
Физические величины, характеризующие электрическое поле (заряд, напряжённость, потенциал, напряжение).
Электри́ческий заря́д — это физическая скалярная величина, определяющая способность тел быть источником электромагнитных полей и принимать участие в электромагнитном взаимодействии. Впервые электрический заряд был введён в законе Кулона в 1785 году.
Единица измерения заряда в Международной системе единиц (СИ) — кулон — электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А за время 1 с. Заряд в один кулон очень велик. Если бы два носителя заряда (q1 = q2 = 1 Кл) расположили в вакууме на расстоянии 1 м, то они взаимодействовали бы с силой 9·109 H, то есть с силой, с которой гравитация Земли притягивала бы предмет с массой порядка 1 миллиона тонн.
- напряженность электрического поля. Часто вектором Е обозначают и само понятие электрического поля. Напряженность – силоваяхарактеристика электрического поля. Здесь q - пробный заряд! Напряженность - вектор, направление которого совпадает с направлением вектора электрической силы, действующей на положительный заряд. В задачах при расчете напряженности знак заряда не учитывают (заряд подставляют по модулю).
Если в данной точке поле создается несколькими зарядами, то итоговую напряженность Е0 находят как векторную сумму напряженностей от каждого из зарядов Е1, Е2 и т.д.
Формулы, где встречается напряженность: 
- связь напряжения и напряженности в однородном электрическом поле.
|
|
|
- напряженность поля точечного заряда на расстоянии r от него. Здесь q - заряд, создающий поле.
- работа перемещения заряда в однородном электрическом поле.
- напряженность поля плоского конденсатора.
Электростатический потенциал равен отношению потенциальной энергии взаимодействия заряда с полем к величине этого заряда.
Электрическое напряжение между точками A и B электрической цепи или электрического поля — физическая величина, значение которой равно отношению работы эффективного электрического поля (включающего сторонние поля), совершаемой при переносе пробного электрического заряда из точки A в точку B, к величине пробного заряда.
При этом считается, что перенос пробного заряда не изменяет распределения зарядов на источниках поля (по определению пробного заряда). Напряжение в общем случае формируется из двух вкладов: работы электрических сил и работы сторонних сил. В случае, когда на участке цепи не действуют сторонние силы (в этом случае 
), работа по перемещению заряда складывается только из работы потенциального электрического поля 
, которая не зависит от пути, по которому перемещается заряд. В этом случае электрическое напряжение 
между двумя точками совпадает с разностью потенциалов между ними (поскольку 
). В общем случае напряжение между двумя точками отличается от разницы потенциалов в этих точках[2]на работу сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда (эту работу называют электродвижущей силой 
на данном участке цепи, 
|
|
|
Понятие ввел Георг Ом в работе 1827 года, в которой предлагалась гидродинамическая модель электрического тока для объяснения открытого им в 1826 г. эмпирического закона Ома: 
.
Проводники и диэлектрики в электрическом поле.
Проводник представляет собой тело, которое содержит большое число свободных электронов, заряды которых компенсируются положительными зарядами ядер атомов. Если металлический проводник поместить в электрическое поле, то под влиянием сил поля свободные электроны проводника придут в движение в сторону, противоположную направлению сил поля. В результате этого на одной стороне проводника возникает избыточный отрицательный заряд, а на другой стороне проводника — избыточный положительный заряд.
Разделение зарядов в проводнике под влиянием внешнего электрического поля называется электризацией через влияние, или электростатической индукцией, а заряды на проводнике — индуцированными зарядами.
|
|
|
Индуцированные заряды проводника создают добавочное электрическое поле, направление которого противоположно внешнему полю.
Диэлектрик отличается от проводника отсутствием свободных электронов (точнее, весьма малым количеством свободных электронов). Электроны атомов диэлектрика прочно связаны с ядром атома.
К проводникам относятся все металлы и их сплавы, а также электротехнический уголь(каменный уголь, графит, сажа, смола и т.д.)К жидким проводникам относятся:вода, раствор солей, кислот и щелочей.
К газообразным относятся ионизированные газы.
Диэлектрик, внесенный в электрическое поле, так же как и проводник, электризуется через влияние. Однако между электризацией проводника и диэлектрика имеется существенная разница. Если в проводнике под влиянием сил электрического поля свободные электроны передвигаются по всему объему проводника, то в диэлектрике свободного перемещения электрических зарядов произойти не может. Но в пределах каждой молекулы диэлектрика возникает смещение положительного заряда вдоль направления электрического поля и отрицательного заряда в обратном направлении. В результате на поверхности диэлектрика возникнут электрические заряды.
|
|
|
Рассматриваемое явление называется поляризацией диэлектрика.
Различают диэлектрики двух классов. У диэлектриков Первого класса молекула в нейтральном состоянии имеет положительный и отрицательный заряды, настолько близко расположенные один к другому, что действие их взаимно компенсируется.(Под влиянием электрического поля положительные и отрицательные заряды в пределах молекулы несколько смещаются один относительно другого, образуя диполь.
У диэлектриков второго класса молекулы и в отсутствие электрического поля образуют диполи. Такие диэлектрики называются полярными.
К ним относятся вода, аммиак, эфир, ацетон и т. д. У таких диэлектриков при отсутствии электрического поля диполи в пространстве расположены хаотически, и вследствие этого результирующее электрическое поле вокруг полярного диэлектрика равно нулю. Под действием внешнего электрического поля молекулы стремятся повернуться так, чтобы их оси совпали с направлением внешнего поля. С устранением электрического поля поляризация диэлектрика исчезает. Таким образом, поляризация представляет собой упругое смещение электрических зарядов в веществе диэлектрика.
При некоторой определенной величине напряженности электрического поля смещение зарядов достигает предельной величины, после чего происходит разрушение — пробой диэлектрика, в результате которого диэлектрик теряет свои изолирующие свойства и становится токопроводящим.
Напряженность электрического поля, при которой наступает пробой диэлектрика, называется пробивной напряженностью. Напряженность поля, допускаемая при работе диэлектрика, должна быть меньше пробивной напряженности. Отношение называется запасом прочности.
Диполем называют два электрических заряда, равных по величине и обратных по знаку, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга.
Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 556; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!