ПРОВОДНИКИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ. ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКАЯ ИНДУКЦИЯ
Рисунок.1.5. Проводник в электрическом поле
В металлическом теле (рис. 1.5) под действием внешнего электрического поля с напряженностью E1 свободные электроны перемещаются к одной поверхности, которая получает отрицательный заряд. Противоположная поверхность получает положительный заряд.
Явление смещения свободных заряженных частиц на поверхность проводника, помещенного в электрическом поле, называется электростатической индукцией.
В результате разделения зарядов в проводнике создается внутреннее электрическое поле с напряженностью Е2, направленное противоположно внешнему. Движение свободных электронов в проводнике при электростатической индукции существует кратковременно, но продолжается до тех пор, пока напряженности внешнего и внутреннего полей не станут равными.
При равенстве Е1 = Е2 разделение зарядов в проводнике прекращается, так как результирующая напряженность электрического поля равна нулю.
Благодаря наличию в проводнике свободных заряженных частиц электростатическое поле в нем существовать не может.
Напряжение между двумя любыми точками проводника равно нулю, следовательно, потенциал его во всех точках один и тот же. Таким образом, проводник представляет собой эквипотенциальный объем, а его поверхность является эквипотенциальной поверхностью результирующего электрического поля.
Если в электрическое поле поместить проводник с полостью внутри, то и в этом случае заряженные частицы будут только на поверхности. Внутри металла и полости электрическое поле отсутствует.
|
|
|
Другими словами перемещение свободных электронов в металле продолжается до тех пор, пока внутреннее поле не уравновесит внешнее. Рассмотренное явление называется электростатической индукцией (наведением) и используется для защиты механизмов приборов, некоторых радиодеталей и т. д. от внешних электрических полей. Защищаемую деталь помещают в алюминиевый или латунный кожух (экран). Экраны могут быть как сплошными, так и сетчатыми.
ДИЭЛЕКТРИКИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ. ПОЛЯРИЗАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИКА
Диэлектрики характеризуются присутствием ничтожного числа свободных электронов. Электроны диэлектрика связаны в основном с положительно заря-женным ядром и движутся по некоторым орбитам вокруг него.
Существует ряд диэлектриков, молекулы которых при отсутствии внешнего поля электрически нейтральны, так как среднее положение отрицательного заряда совпадает с ядром (рис. 1.6а). Такие молекулы называют неполярными. У диэлектриков с полярными молекулами среднее положение отрицательного заряда смещено относительно ядра.
|
|
|
Рисунок 1.7. Неполярная молекула при отсутствии (а) и наличии (б) внешнего поля
У неполярных молекул под действием внешнего поля орбита электрона вы-тягивается и смещается в сторону, противоположную направлению поля, что равносильно смещению среднего положения отрицательного заряда (рисунок 1.6, б). В результате среднее положение отрицательного заряда не совпадает с положением ядра и образуется электрический диполь (пара разноименных точечных зарядов, связанных между собой и находящихся на малом расстоянии друг от друга), напряженность электрического поля которого Евт ослабляет внешнее поле. Формально это явление отражается введением коэффициента εr (относительная диэлектрическая проницаемость среды) в формулу закона Кулона. Чем больше εr, тем сильнее ослабляется внешнее поле. Повышая напряженность электрического поля, в котором расположен диэлектрик, можно достичь такого состояния, когда орбитальные электроны начнут срываться с орбит полем, произойдет местное разрушение диэлектрика, или его пробой. Напряженность поля Епр, при которой наступает пробой диэлектрика, называется пробивной.
Напряженность поля Едоп, которая допускается в диэлектрике при его работе в электроустройствах, называется допустимой. Для надежной работы электроустройства напряженность диэлектрика должна быть не выше допустимой. Значение Едоп должно быть в несколько раз ниже значения Епр.
|
|
|
Необходимо заметить, что внутреннее поле в диэлектрике существует только при наличии внешнего поля и в большинстве случаев исчезает при снятии последнего.
Однако есть диэлектрики, которые, будучи поляризованными внешним электрическим полем, сохраняют остаточную поляризацию, т. е. внутреннее поле остается при исчезновении внешнего (сегнетоэлектрики и электреты). Относительная диэлектрическая проницаемость таких диэлектриков сильно зависит от напряженности внешнего поля и, следовательно, не постоянна, причем максимальное значение е, достигает нескольких тысяч. Конденсаторы с сегнетоэлек-триком применяются в устройствах автоматики. Электреты представляют собой источники постоянного электрического поля и используются в электрических вольтметрах, элементах электрической памяти, для световой записи информации на диэлектрическую пленку и т. д.
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 892; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!