ЗОВНІШНЄ НЕЗАЛЕЖНЕ ОЦІНЮВАННЯ 2018 - ФІЗИКА КОМПЛЕКСНЕ ВИДАННЯ

Частина I НАВЧАЛЬНИЙ ДОВІДНИК — З ПРИКЛАДАМИ ТА ЗАВДАННЯМИ

ЕЛЕКТРОДИНАМІКА

1. ОСНОВИ ЕЛЕКТРОСТАТИКИ

1.3. ЕЛЕКТРИЧНЕ ПОЛЕ У РЕЧОВИНІ

За здатністю проводити електричні заряди всі речовини умовно поділяються на провідники, діелектрики (непровідники), напівпровідники.

♦ Речовини, які містять електричні заряди, що здатні вільно пересуватися, називають провідниками. Зокрема, це грунт, тіло людини, усі метали, водні розчини солей, кислот, лугів, розплавлені солі та йонізовані гази.

♦ Речовини, у яких за звичайних умов майже відсутні вільні заряди, називають діелектриками. Прикладами діелектриків є янтар, ебоніт, каучук, фарфор, повітря, сухе дерево, капрон тощо.

♦ Є група речовин, які називають напівпровідниками. За кімнатної температури напівпровідники мають хоч і дуже малу, проте помітну електропровідність, тобто здатні проводити електричний струм. З підвищенням температури (або при опромінюванні) їхня електропровідність зростає. Напівпровідники займають проміжне місце між провідниками і діелектриками. До напівпровідників належать селен, кремній, германій, закис міді.

1.3.1. ПРОВІДНИКИ В ЕЛЕКТРИЧНОМУ ПОЛІ. ЕЛЕКТРОСТАТИЧНА ІНДУКЦІЯ

Електричні властивості провідників:

1) Увесь статичний заряд провідника зосереджений на його поверхні. Всередині провідник є незарядженим.

2) Потенціал поля всередині провідника дорівнює потенціалу на його поверхні. Точки поверхні провідника мають однакові потенціали.

3) Вектор напруженості електростатичного поля біля поверхні провідника завжди напрямлений перпендикулярно до поверхні провідника, а модуль вектора напруженості виявляється більшим на виступах провідника та меншим на його западинах (рис. 1.8).

Рис. 1.8

4) Напруженість електричного поля всередині провідника дорівнює нулю: Е = 0 .

Розглянемо металевий провідник в електричному полі.

Металевий провідник складається із позитивних йонів, що перебувають у вузлах кристалічних ґраток, і вільних електронів, які хаотично рухаються.

Під впливом зовнішнього електричного поля вільні електрони переміщуються в напрямку, протилежному напрямку рис. 1.9).

Унаслідок цього на протилежних поверхнях провідника утворюються рівні за модулем, але протилежні за знаком заряди: у напрямку поля - позитивні (звідти пішли електрони), проти поля — негативні (прийшла певна кількість вільних електронів). Ці заряди створюють власне електричне поле , яке напрямлено проти зовнішнього поля.

Рис. 1.9

Електрони рухатимуться доти, доки модуль напруженості власного електричного поля не зрівняється із модулем напруженості зовнішнього поля: Е0 = Е1. Оскільки ці вектори протилежно напрямлені, то напруженість Е електричного поля всередині провідника дорівнюватиме нулю:

Е = Е0 - Е1 = 0.

Зрозуміло, що сумарний заряд провідника залишається незмінним, відбувається лише перерозподіл вільних зарядів всередині провідника.

Електростатична індукція — явище перерозподілу зарядів у провіднику, поміщеному в електростатичне йоле, внаслідок якого на поверхні провідника наводяться (індукуються) електричні заряди.

♦ На явищі електростатичної індукції ґрунтується спосіб захисту тіл від впливу зовнішніх електростатичних полів — електростатичний захист. Будь-яке тіло (наприклад, людина або електричний прилад), яке перебуває в електростатичному полі, оточують металевою сіткою, на сітці індукується електричний заряд, внаслідок чого напруженість електричного поля всередині сітки дорівнюватиме нулю (рис. 1.10, а).

♦ Завдяки явищу електростатичної індукції незаряджений провідник завжди притягується до зарядженого тіла (рис. 1.10, б).

Рис. 1.10

1.3.2. ДІЕЛЕКТРИКИ В ЕЛЕКТРОСТАТИЧНОМУ ПОЛІ. ПОЛЯРИЗАЦІЯ ДІЕЛЕКТРИКА

Залежно від хімічної будови діелектрики поділяють на три такі групи.

1) Полярні діелектрики (наприклад, вода) — речовини, молекули й атомі яких являють собою електричні диполі: у них за відсутності зовнішнього електричного поля центри розподілу позитивного та негативного зарядів не збігаються (рис. 1. 11, а).

2) Неполярні діелектрики (наприклад, кисень) — речовини, молекули й атомі яких неполярні: у них за відсутності зовнішнього електричного поля центри розподілу позитивного та негативного зарядів збігаються (рис. 1. 11, б).

3) Йонні діелектрики (наприклад, поварена сіль) — речовини, які мають йонну структуру.

У зовнішньому електричному полі відбувається поляризація діелектрика:

1) в полярних діелектриках диполі орієнтуються вздовж ліній поля (рис. 1.11, в);

2) в йонних діелектриках йони різних знаків зміщуються в протилежних напрямках;

3) в будь-яких діелектриках відбувається поляризація молекул (електронні оболонки атомів і молекул зміщують вздовж ліній поля) (рис. 1.11, г).

Рис. 1.11

Унаслідок зазначених процесів на протилежних поверхнях діелектрика утворюються зв'язані заряди протилежних знаків (рис. 1.12).

Рис. 1.12

♦ Завдяки явищу поляризації незаряджений діелектрик завжди притягується до зарядженого тіла (див. рис. 1.10, б).

♦ Зв'язані заряди на поверхні поляризованого діелектрика створюють у його середині власне електричне поле , напрямлене проти зовнішнього поля , тому загальна напруженість електричного поля всередині діелектрика зменшується.

Діелектрична проникність — це фізична величина, яка характеризує діелектрик і показує, в скільки разів напруженість електричного поля всередині діелектрика менша від напруженості електричного поля у вакуумі:

= .

1.3.3. ЕЛЕКТРИЗАЦІЯ ТІЛ

Електризація — це процес одержання електричного заряду електричними тілами або їх частинами.

Розрізняють три види електризації:

1. Електризація від дотику (тертя) різнорідних тіл, наприклад скла і шовку. При контакті різнорідних речовин невелика частина електронів атомів однієї з речовин (тієї, де зв'язок електронів з атомом відносно слабкий) переходить в іншу речовину. Тіло з надлишком електронів заряджається негативно (шовк), з нестачею (скло) — позитивно (рис. 1.13).

Рис. 1.13

2. Електризація провідників через дотик до наелектризованого тіла. При дотику провідника до негативно зарядженого тіла частина вільних електронів під впливом електричного ноля переходить на провідник. При дотику до позитивно зарядженого тіла частина вільних електронів залишає провідник. При цьому провідник електризується, а наелектризоване тіло частково розряджається (рис. 1.14).

Рис. 1.14

3. Електризація через вплив. Провідник вноситься в електричне поле і на короткий час заземляється (достатньо доторку руки). При цьому залежно від напрямку ліній напруженості електричне поле або виштовхує із провідника в Землю, або притягує із Землі в провідник вільні електрони. Провідник виявляється зарядженим різнойменно з тілом, яке утворює електричне поле (рис. 1.15).

Рис. 1.15

Електризація тіл при тісному контакті застосовується в електрокопіювальних пристроях («Ксерокс»).






Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи 1 клас - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами. Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посилання на сайт, будьте вдячними ми затратили багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2008-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.