Проводники и диэлектрики в электрическом поле

Электрическое поле. Проводники и диэлектрики

Электрическое взаимодействие отличается от взаимодействия тел, изучаемого механикой, прежде всего тем, что заряженные тела взаимодействуют, находясь на некотором расстоянии друг от друга. Это взаимодействие наблюдается как в вещественной среде, так и в безвоздушном пространстве. Согласно утверждению английских учёных М. Фарадея и Д. Максвелла, в пространстве, в котором находится заряженное тело, существует электрическое поле. Посредством этого поля одно заряженное тело действует на другое.

Электрическое поле материально, наряду с веществом оно представляет собой вид материи. Это означает, что электрическое поле реально, оно существует независимо от нас. Убедиться в реальности электрического поля заряженного тела можно, наблюдая его действие на другие тела.

Электрическая сила

Силу, с которой поле действует на внесённый в него электрический заряд, называют электрической силой. Предположим, что в электрическое поле, существующее вокруг некоторого заряженного тела, вносят электрический заряд. Значение силы, с которой это поле действует на заряд, зависит от расстояния между зарядами и от значения этих зарядов.

Одним из способов электризации тел является электризация через влияние. Предположим, что к шару электрометра поднесли, не касаясь его, отрицательно заряженную палочку. Электрическое поле этой палочки будет действовать на заряды, содержащиеся в электрометре. При этом свободные электроны будут отталкиваться и соберутся на конце стержня и на стрелке, отклонение стрелки покажет наличие заряда. На шаре электрометра при этом будет избыточный положительный заряд. Если палочку убрать, то стрелка электрометра вернётся в ноль.

Для того чтобы на электрометре остался заряд, его нужно заземлить, т.е. соединить с Землёй. Это можно сделать, если коснуться шара электрометра рукой. Тогда электроны, стремясь уйти как можно дальше, переместятся с электрометра в землю. Если теперь убрать руку и палочку, то стрелка покажет, что электрометр заряжен. На нём останется избыточный положительный заряд. Аналогично электрометр может приобрести отрицательный заряд, если поднести к нему положительно заряженную палочку. В этом случае при заземлении на электрометре будет избыток электронов.

Проводники и диэлектрики

В рассмотренном выше опыте электрические заряды перемещались по электрометру. По эбонитовой палочке они не перемещались, в противном случае при касании её рукой она бы разряжалась. Из этого следует, что существуют вещества, по которым заряды могут перемещаться, и вещества, по которым заряды не могут перемещаться.

Первый класс веществ называют проводниками. Хорошими проводниками являются металлы. Это связано с тем, что в металлах существуют электроны, слабо связанные с ядром атома и имеющие возможность свободно перемещаться. Если поместить проводник в электрическое поле так, как это было в рассмотренном опыте с электрометром, то произойдёт разделение зарядов. Электрическое поле в проводниках создаётся и поддерживается источником тока.

Второй класс веществ называют диэлектриками. К ним относятся эбонит, стекло, пластмассы и пр. В диэлектрике нет свободных зарядов. Если внести диэлектрик в электрическое поле, то нейтральный атом в нём примет определённую ориентацию, однако никакого перемещения зарядов не произойдет.

Схема «Проводники и диэлектрики»

Конспект урока «Электрическое поле. Проводники и диэлектрики».

Следующая тема: «Постоянный электрический ток».

Физические свойства диэлектриков

Чтобы оценить качество и степень пригодности диэлектрика, необходимо как-то описать его параметры. Если следить за этими параметрами, то можно вовремя предотвратить аварию, заменив элемент на новый с допустимыми параметрами. Этими параметрами выступают: поляризация, электропроводность, электрическая прочность и диэлектрические потери. Для каждого из этих параметров существует своя формула и постоянная величина, в сравнении с которой производится заключение о степени пригодности материала.

Главными электрическими свойствами диэлектриков являются поляризация (смещение зарядов) и электропроводность (способность проводить электрический ток)
Смещение связанных зарядов диэлектрика или их ориентация в электрическом поле называется поляризацией. Это свойство диэлектрических материалов характеризуется относительной диэлектрической проницаемостью ε. При поляризации на поверхности диэлектрика образуются связанные электрические заряды.

В зависимости от типа диэлектрика поляризация может быть: электронной, ионной, дипольно-релаксационной, спонтанной. Более подробно про их свойства на инфографике ниже.

Под электропроводностью понимают способность диэлектрика проводить электрический ток. Ток, протекающий в диэлектрике называется током утечки. Ток утечки состоит из двух составляющих — тока абсорбционного и тока сквозного. Сквозные токи обусловлены наличием свободных зарядов в диэлектрике, абсорбционный ток — поляризационными процессами до момента установления равновесия в системе.

Величина электропроводности зависит от температуры, влажности и количества свободных носителей заряда.

При увеличении температуры электропроводность диэлектриков увеличивается, а сопротивление падает.

Зависимость от влажности вновь возвращает нас к классификации диэлектриков. Ведь, неполярные диэлектрики не смачиваются водой и на изменение влажности им нет дела. А у полярных диэлектриков при увеличении влажности повышается содержание ионов, и электропроводность увеличивается.

Проводимость диэлектрика состоит из поверхностной и объемной проводимостей. Известно понятие удельной объемной проводимости, обозначается буквой сигма σ. А обратная величина называется удельное объемной сопротивление и обозначается буквой ро ρ.

Резкое увеличение проводимости в диэлектрике при возрастании напряжения может привести к электрическому пробою. И аналогично, если сопротивление изоляции падает, значит изоляция не справляется со своей задачей и необходимо применять меры. Сопротивление изоляции состоит из поверхностного и объемного сопротивлений.

Под диэлектрическими потерями в диэлектриках понимают потери тока внутри диэлектрика, которые рассеиваются в виде тепла. Для определения этой величины вводят параметр тангенс дельта tgδ. δ — угол, дополняющий до 90 градусов, угол между током и напряжением в цепи с емкостью.

Диэлектрические потери бывают: резонансные, ионизационные, на электропроводность, релаксационные. Теперь подробнее поговорим про каждый тип.

Электрическая прочность это отношение пробивного напряжения к расстоянию между электродами (или толщина диэлектрика). Эта величина определяется минимальной величиной напряженности электрического поля, при которой произойдет пробой.

Пробой может быть электрическим (ударная ионизация, фотоионизация), тепловым (большие диэлектрические потери, следовательно много тепла, и обугливание с оплавлением может произойти) и электрохимическим (в результате образования подвижных ионов).

В таблице выше приведены данные по электрической прочности, удельному объемному сопротивлению и относительной диэлектрической проницаемостью для различных веществ. Также тангенс угла диэлектрических потерь не обошли стороной.

Последние статьи

Самое популярное

Электроемкость

Проводники
это такие вещества, в которых электрические
заряды приходят в движение под действием
ничтожных по величине сил. Отсюда
очевидно следует вывод, что электрическое
поле внутри проводника равно нулю иначе
на заряды внутри действовала бы сила,
и они пришли бы в движение. На поверхности
проводника (касательная к поверхности)
составляющая электрического поля по
тем же соображениям равна нулю. Однако
нормальная составляющая электрического
поля отлична от нуля, на заряды хоть и
действуют силы, но двигаться с поверхности
проводника во вне они не могут. Таким
образом для напряженности электрического
поля выполняются условия: внутри объема
проводника Е=0
(отметим,
что внутри полого проводника электрическое
поле так же равно нулю

Это очень важное
свойство на котором основана
электростатическая защита),
на его поверхности Еτ
=0,

а Е_n

0.
Отсюда электрические силовые линии
всегда перпендикулярны поверхности
проводника.

Так
как между потенциалом электрического
поля и его напряженностью существует
связь:

то
внутри проводника и на его поверхности

= const.

Отсутствие
поле внутри проводника не означает
отсутствия там зарядов. Они там могут
быть, но в скомпенсированном состоянии.

Рассмотрим
электрическое поле проводника произвольной
формы изображенном на рисунке. Вблизи
поверхности проводника напряженность
электростатического поля будет близкой
к напряженности заряженной плоскости
E=σ/2εε
, где
σ — поверхностная
плотность электрических зарядов.
Эквипотенциальные линии электрического
поля вблизи поверхности повторяют ее
форму, но чем дальше от нее, тем больше
они сглаживаются и на бесконечности,
где поле тела начинает совпадать с полем
точечного заряда эквипотенциальные
поверхности приближаются по форме к
сферическим.

При
таком положении дел густота эквипотенциальных
линий вблизи острых частей тела 2 Рис.
2.1 будет выше, чем вблизи плоских частей
или во впадинах 1, а так как ,

то
Е
у острых частей будут выше чем у плоских
или во впадинах. Таким образом,
поверхностная плотность электрического
заряда на острых частях заряженных тел
выше, чем на плоских и тем более выше,
чем во впадинах. Таким образом, заряд
как бы скапливается на острых частях
тел.

Рис.2.1

Если
проводник поместить во внешнее магнитное
поле, то он поляризуется, но электрическое
поле по прежнему остается равным нулю.
Нпротивоположных сторонах проводника
ориентированных вдоль электрического
поля возникают противоположные по знаку
электрические заряды .

Если
проводник вынуть из области поля он
снова станет электрически нейтральным
(поляризация исчезает). Однако, если
проводник разрезать по линии разделения
зарядов, то заряд половинок тела не
исчезнет даже при выключении электрического
поля. В этом проводник отличается от
диэлектрика.

Заряды
на проводнике, как было показано,
распределяются с разной поверхностной
плотностью. При этом характер распределения
заряда зависит только от формы проводника
и не зависит от величины заряда. Это
означает, что при изменении заряда
проводника во столько же раз меняется
и его поверхностная плотность, а
следовательно и напряженность поля на
поверхности и потенциал проводника.

Величина
С является постоянной для каждого
проводника зависящая от его геометрии
и называется электроемкостью.

Потенциал
уединенного проводника равен нулю, если
равен нулю его заряд. Это означает, что
пропорциональны не только приращения
заряда и потенциала, но и сам потенциал
и заряд проводника.

Если
проводник не уединенный а мы имеем дело
с системой проводников, то при сообщении
проводнику того же количества
электричества, что и уединенному его
потенциал меняется на меньшую величину.
Вследствие этого q/
будет больше у системы проводников чем
у уединенного.

Суммируя
все сказанное можно сказать:

Электроемкость
зависит лишь от геометрических факторов,
а именно от формы внешней поверхности
проводника, от его линейных размеров,
от расположения проводника относительно
других проводников, а так же от одного
не геометрического фактора это от
диэлектрической проницаемости среды.

Электроемкость
проводника численно равна количеству
электричества, которое необходимо
передать проводнику, чтобы его потенциал
изменился на единицу.

В
системе CGSE
емкость измеряется в см,
а
в системе
CИ
в
фарадах

1
фарада = 1012см

Для
примера найдем электроемкость шара

Зачем это провокатору

У провокатора одна цель – чтобы мы сделали то, что он хочет. А, вот бонусы он может получать самые разные, можно сказать, любые.

Часто, это бывает стремление выставить себя в лучшем свете через выставление оппонента эмоционально незрелым и необоснованно вспыльчивым. То есть, по сути, желание доминировать.

Это может быть желание поднять свою собственную значимость, самооценку за счет унижения другого.

Это может быть попыткой восстановить собственный статус, пострадавший в результате конфликта, спора, выяснения отношений. То есть, фактически, это защитная реакция.

Получить нужную информацию. В эмоциональном запале многие люди готовы выболтать то, о чем потом пожалеют. Умелая провокация умело решает этот вопрос.

Нанести ущерб оппоненту за счет того, что он реагирует вроде бы неадекватно ситуации и признается участниками группы, в которой это происходит «неподходящим» для них. То есть, лишает его устоявшейся позиции.

Спровоцировать конфликт, вызвать обвинения самого себя, чтобы после этого обвинить партнера или другого оппонента в том, что он агрессивен, что он ненавидит провокатора и получить, таким образом, бонусы в виде, например, большей свободы, сохранении текущей позиции, расставания (окончательного или просто для достойного побега) через чувство вины.

Несколько простых техник защиты

Фиксируйте эмоциональный импульс

Когда поднимается эмоция, вы можете успеть ее перехватить. Для этого нужна тренировка. Поэтому, с первого раза может не получиться. Впрочем, со второго тоже. Но получится в дальнейшем. У вас должна выработаться реакция эмоция – ответ. Ответ спокойный и взвешенный. Это сложно, потому что это все проявляется в рамках реакции «бей» или «беги», которые инстинктивны. Но все решаемо.

Продумайте ответ заранее

Продумайте несколько стандартных, возможно самых общих ответов, которые вы можете дать в той или иной провокационной ситуации. Это даст вам несколько секунд немного успокоиться и ответить по существу. На самом деле, провокационных ситуаций у каждого человека не так уж много и многие повторяются регулярно

Так что ответы вроде «Я тебя услышал», «Как интересно», «Спасибо, что обратил внимание» и аналогичные могут большинство из них перекрыть

Дыхание

Эмоциональная ситуация в большинстве случаев неплохо контролируется дыханием. Достаточно сделать несколько глубоких вздохов и вы уже сбиваете эмоцию, концентрируясь на дыхании.

Игнорирование

Если вас провоцируют, вы можете попробовать в первый момент придать себе равнодушный вид и проигнорировать выпад. Для провокатора это, как правило, болезненно. Он может начать заводиться сам и у вас будет преимущество. В любом случае, игнорирование, даст вам немного времени на снижение эмоции.

Растите, контролируя себя

Решите, что контролируя себе, не срываясь в эмоциональный обмен вербальными ударами, вы приобретаете больше самоуважения и растете

Это важно для самооценки. Это может хорошо помочь, когда вы спокойно и взвешено не поддаетесь на провокацию

Осторожно, абьюзер: девять агрессивных тактик

Мечтать – вредно, полезно – не мечтать?

Пять видов жалоб: как перестать быть занудой?

Одаренные и чувствительные – у вас «магентический» ум?

10 887

3. Основные типы задач и методы их решения

а) Классификация

1.
Расчет электростатических полей в
диэлектрических средах. Определение
напряженности, индукции и потенциала
электростатического поля внутри
однородного, изотропного диэлектрика.

Метод
решения.
Использование теоремы Гаусса для вектора
и соотношения, связывающего между собой
и
.
Воспользоваться аналогичной теоремой
для поля
не представляется
возможным, поскольку не известен
связанный заряд.

2. Нахождение
напряженности и индукции поля на границе
раздела двух сред.

Метод
решения.
Использование соотношений между
нормальными и тангенциальными
составляющими векторов
и
на границе
раздела двух сред.

б)
Примеры решения задач

1.
Точечный заряд
находится в центре шара радиусом
из однородного
изотропного диэлектрика проницаемостью
.
Найти напряженность поля как функцию
расстоянияот центра шара. Представить графики
зависимостей
и.

Решение.

В

любой точке поля векторыинаправлены радиально. Поток векторачерез сферическую поверхность радиусом

.

По
теореме Гаусса:

,
откуда
.

Так
как
,
то

1. для

   ,
   .

2. для
   >,

   .

Г

рафики зависимостейиимеют следующий вид:

2

. Бесконечно большая пластина из
однородного диэлектрика с проницаемостьюзаряжена равномерно сторонним зарядом
с объем­ной плотностью>0.
Толщина пластины 2а. Найтиикак функции расстояния
от середины пластины
(потенциал в середине
пластины положить равным нулю). Определить
поверхностную плотность связанного
заряда.

Решение.

Из
соображений симметрии ясно, что в
середине пластины
,
а во всех остальных точках век­тор

перпендикулярен
поверх­ности пластины. Воспользуемся
теоремой Гаусса для вектора
.
В качестве замкнутой поверхности возьмем
прямой цилиндр высотой,
один торец которого совпадает со средней
плоскостью пластины. Пусть площадь
сечения этого цилиндра равна,
тогда

1)
для
:
,,;

2)
для
:
,

,

.

Используя
выражение
,
получаем

1)
для

;

и;

2)
для

;

.

Графики
функции
и
представлены
на рисунке.

Поверхностную
плотность связанного заряда определим
из выражения

’=

/>0.

Таким
образом, если сторонний заряд
> 0, то на обеих по­верхностях пластины
будет также положительный связанный
заряд.

3.
Вблизи границы раздела вакуум — диэлектрик
напряженность электрического поля в
вакууме равна
,
причем вектор
со­ставляет
угол

с нормалью к
поверхности раздела. Проницаемость
диэлектрика
.
Найти отношение,
где

напряженность
поля внутри диэлектрика.

Решение.

Напряженность
поля внутри диэлектрика

.

Воспользовавшись
условиями на границе раздела диэлектрика,
найдем

;

,откуда

.

Презентация на тему Проводники и диэлектрики По электрическим свойствам уровню подвижности заряженных частиц вещества деление проводники диэлектрики полупроводники. Транскрипт

2

Проводники и диэлектрики По электрическим свойствам (уровню подвижности заряженных частиц) вещества деление проводники диэлектрики полупроводники

3

Проводники и диэлектрики все металлы Имеются заряженные частицы (заряды частиц = свободные заряды) Способные перемещаться внутри проводника под действием электрического поля Проводники Диэлектрики Состоят из нейтральных в целом атомов или молекул Заряженные частицы связаны друг с другом и не могут перемещаться под действием поля по всему объему тела

4

Проводники и диэлектрики Свободные заряды – заряженные частицы одного знака, способные перемещаться под действием электрического поля Не могут возникнуть, если энергия связи электрона со своим атомом велика по сравнению с энергией взаимодействия с соседними атомами вещества СВЯЗАННЫЕ ЗАРЯДЫ

5

Проводники и диэлектрики — вещество, в котором свободные заряды могут перемещаться по всему объему ПРОВОДНИК металлы растворы солей, кислот, щелочей Влажный воздух плазма Тело человека

6

Проводники В металлах носители свободных зарядов = электроны При образовании металла из нейтральных атомов атомы взаимодействуют друг с другом электроны внешних оболочек атомов полностью утрачивают связи со своими атомами и становятся собственностью всего проводника в целом положительные ионы окружены отрицательно заряженным газом из электронов (взаимодействие кулоновское)

7

Проводники электрические заряды неподвижны! поле внутри проводника = 0 в проводнике – свободные заряды существовал бы электрический ток E 0 иначе НЕТ ТОКА – НЕТ И ПОЛЯ!!!

8

Проводники заряженный незаряженный, помещенный во внешнее электрическое поле ПРОВОДНИК ВНУТРИ E = 0 (поле отсутствует)

9

Проводники уничтожение электростатического поля в проводнике Электрическое поле Проводящий шар Сначала возникнет электрический ток, так как поле внутри шара вызывает перемещение электронов Части шара заряжаются по-разному: Левая – отрицательно; Правая – положительно (явление электростатической индукции) Эти заряды на поверхности проводника создают электрическое поле, которое накладывается на внешнее поле и компенсирует его

10

Проводники уничтожение электростатического поля в проводнике Линии электростатического поля вне проводника перпендикулярны его поверхности – иначе по поверхности бы протекал электрический ток

11

Диэлектрики — вещество, содержащее только связанные заряды

12

Диэлектрики — вещество, содержащее только связанные заряды ДИЭЛЕКТРИК

13

Диэлектрики — разноименные заряды, входящие в состав атомов (или молекул), которые не могут перемещаться под действием электрического поля независимо друг от друга СВЯЗАННЫЕ ЗАРЯДЫ

14

Диэлектрики полностью отсутствуют!!! СВОБОДНЫЕ ЗАРЯДЫ диэлектрик практически не проводит электрический ток ХОРОШИЙ ИЗОЛЯТОР!!!

15

Диэлектрики ГАЗЫ ДИЭЛЕКТРИКИ НЕКОТОРЫЕ ЖИДКОСТИ НЕКОТОРЫЕ ТВЕРДЫЕ ТЕЛА дистиллированная вода, бензол Стекло, фарфор, слюда

16

Диэлектрики в соответствии со структурой их молекул ДИЭЛЕКТРИКИ деление полярные неполярные

17

Диэлектрики (полярные)

18

Диэлектрики (неполярные) В неполярных диэлектриках электростатическое поле сначала поляризует молекулы, растягивая в разные стороны положительные и отрицательные заряды, а затем поворачивает их оси вдоль напряженности поля

19

Диэлектрики — процесс ориентации диполей или появление под действием внешнего электрического поля ориентированных по полю диполей ПОЛЯРИЗАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИКА

20

Диэлектрики — число, показывающее, во сколько раз напряженность электростатического поля в однородном диэлектрике меньше, чем напряженность в вакууме ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ СРЕДЫ

21

Диэлектрики Уменьшение напряженности электростатического поля в диэлектрике приводит к тому, что сила взаимодействия точечных зарядов q 1 и q 2, находящихся в диэлектрике на расстоянии r друг от друга, уменьшается в ε раз:

22

Полупроводники — вещество, в котором количество свободных зарядов зависит от внешних условий (температура, напряженность электрического поля) ПОЛУПРОВОДНИК

Презентация на тему Тема Проводники и диэлектрики в электрическом поле Транскрипт

1

Тема: «Проводники и диэлектрики в электрическом поле»

2

Проводники Проводниками называются такие материалы, в которых имеются свободные носители электрических зарядов.

3

Заряд внутри проводника По принципу суперпозиции полей напряжённость внутри проводника равна нулю. Следовательно, поток напряженности через любую замкнутую поверхность внутри проводника равен нулю. Значит, и заряд внутри этой поверхности равен нулю.

4

Проводящая сфера A r1r1 r2r2 S1S1 S2S2 Докажем, что напряжённость поля в любой точке внутри сферы равна нулю. Возьмём произвольную точку А и построим два симметричных конуса с одинаковыми малыми углами при вершине, как показано на рисунке.

5

На поверхности сферы конусы вырезают малые сферические участки и, которые можно считать плоскими. A r1r1 r2r2 S1S1 S2S2, или Конусы подобны друг другу, так как углы при вершине равны. Из подобия следует, что площади оснований относятся как квадраты расстояний и от точки А до площадок и соответственно. Таким образом,

6

Заряды площадок равны A r1r1 r2r2 S1S1 S2S2 и Считая эти заряды точечными, найдём напряжённость, создаваемую в точке А:

7

Явление разделения разноимённых зарядов в проводнике, помещённом в электрическое поле, называется электростатической индукцией. Электростатическая индукция E

8

Эквипотенциальные поверхности Примерный ход эквипотенциальных поверхностей для определённого момента возбуждения сердца показан на рисунке. В электрическом поле поверхность проводящего тела любой формы является эквипотенциальной поверхностью. Пунктирные линии обозначают эквипотенциальные поверхности, цифры около них – величину потенциала в милливольтах.

9

Самыми известными электрическими рыбами являются электрический скат электрический угорьи

10

Диэлектрики Диэлектриками называются материалы, в которых нет свободных электрических зарядов. Существует три вида диэлектриков: полярные, неполярные и сегнетоэлектрики.

11

Поляризация диэлектриков Момент силы стремится повернуть диполь так, чтобы его ось была направлена по линии напряжённости поля. E

12

Напряжённость электрического поля внутри бесконечного пространства, полностью заполненного диэлектриком оказывается равной В среднем число диполей, ориентированных вдоль поля, больше, чем против поля. Поляризация диэлектриков

13

Физическая величина, равная отношению модуля напряжённости однородного электрического поля в вакууме к модулю напряженности электрического поля в однородном диэлектрике, заполняющем это поле, называется диэлектрической проницаемостью вещества: Е

14

Диэлектрическая проницаемость веществ Веществоε ε Газы и водяной пар Азот Водород Воздух Вакуум Водяной пар (при t=100 ºС) Гелий Кислород Углекислый газ Жидкости Азот жидкий (при t= –198,4 ºС) Бензин Вода Водород жидкий (при t= –252,9 ºС) Гелий жидкий (при t= –269 ºC) Глицерин 1,0058 1, , , ,006 1, , , ,4 1,9–2,0 81 1,2 1,05 43 Кислород жидкий (при t= –192,4 ºС) Масло трансформаторное Спирт Эфир Твердые тела Алмаз Бумага парафинированная Дерево сухое Лёд (при t= –10 ºС) Парафин Резина Слюда Стекло Титан бария Фарфор Янтарь 1,5 2,2 26 4,3 5,7 2,2 2,2–3,7 70 1,9–2,2 3,0–6,0 5,7–7,2 6,0–10, ,4–6,8 2,8

15

Конденсаторы Конденсатор электрический – система из двух или более электродов (обкладок), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок. E

16

Применение диэлектриков Диэлектрики используются: Диэлектрики используются: 1) в науке и технике как электроизоляционные материалы, как конденсаторные материалы 2) в вычислительной технике 3) в оптике.

17

Литература О. Ф. Кабардин «Физика. Справочные материалы». О. Ф. Кабардин «Физика. Справочные материалы». А. А. Пинский «Физика. Учебное пособие для 10 класса школ и классов с углублённым изучением физики». А. А. Пинский «Физика. Учебное пособие для 10 класса школ и классов с углублённым изучением физики». Г. Я. Мякишев «Физика. Электродинамика классы». Г. Я. Мякишев «Физика. Электродинамика классы». Журнал «Квант». Журнал «Квант».

18

Работу выполнила ученица 10 класса «А» Лицея 36 Сямиуллина Юлия.

1. Проводники и их классификация

Проводники
– вещества, хорошо проводящие
электрический ток, т.е. обладающие
высокой электропроводностью (небольшим
удельным электросопротивлением 

10-6

10-4
Омм).

К
проводникам относятся: металлы и их
сплавы, графит, некоторые окислы и
сернистые соединения металлов,
электролиты и плазма.

Носителями зарядов
в проводниках являются:

а)
в металлах и их сплавах — квазисвободные
электроны проводимости;

б) в электролитах
— положительные и отрицательные ионы;

в) в плазме —
свободные электроны и ионы.

Все
проводники можно подразделить на
проводники первого и второго рода.

Проводники
первого рода — металлы и их сплавы,
графит, некоторые окислы и сернистые
соединения металлов.

Проводники второго
рода — электролиты (растворы солей
кислот и щелочей).

Отличительными
особенностями проводников первого
рода являются:

а)
электрический ток в них представляет
собой упорядоченное движение
квазисвободных электронов проводимости,
при этом никаких химических изменений
в проводниках не происходит;

б)
кристаллическое строение. Это
последовательность правильно
расположенных групп ионов, образующих
пространственную кристаллическую
решетку, в межузельном пространстве
которой находятся квазисвободные
электроны проводимости.

Различные точки диэлектрика могут иметь разный потенциал. Стало быть, говорить о

«потенциале
диэлектрика» не приходится.

Поляризация
диэлектриков — явление, связанное
с ограниченным смещением
связанных зарядов в диэлектрике или
поворотом электрических диполей,
обычно под воздействием внешнего электрического
поля, иногда
под действием других внешних сил или
спонтанно.

Поляризацию
диэлектриков характеризует вектор
электрической поляризации. Физический
смысл вектора электрической поляризации —
это дипольный
момент,
отнесенный к единице объема диэлектрика.
Иногда вектор поляризации коротко
называют просто поляризацией.

Вектор
поляризации применим для описания
макроскопического состояния поляризации
не только обычных диэлектриков, но
и сегнетоэлектриков,
и, в принципе, любых сред, обладающих
сходными свойствами.
Он применим не только для описания
индуцированной поляризации, но и
спонтанной поляризации (у сегнетоэлектриков).

Поляризация —
состояние диэлектрика, которое
характеризуется наличием электрического
дипольного момента у любого (или почти
любого) элемента его объема.

Различают
поляризацию, наведенную в диэлектрике
под действием внешнего электрического
поля, и спонтанную (самопроизвольную)
поляризацию, которая возникает
в сегнетоэлектриках в
отсутствие внешнего поля. В некоторых
случаях поляризация диэлектрика
(сегнетоэлектрика)
происходит под действием механических
напряжений, сил трения или вследствие
изменения температуры.

Поляризация
не изменяет суммарного заряда в любом
макроскопическом объеме внутри
однородного диэлектрика. Однако она
сопровождается появлением на его
поверхности связанных электрических
зарядов с некоторой поверхностной
плотностью σ.
Эти
связанные заряды создают в диэлектрике
дополнительное макроскопическое поле
c напряжённостью ,
направленное против внешнего поля с
напряжённостью.
В результате напряжённость поля внутри
диэлектрика будет выражаться равенством:

В
зависимости от механизма поляризации,
поляризацию диэлектриков можно
подразделить на следующие типы:

Электронная —
смещение электронных
оболочек атомов
под действием внешнего электрического
поля. Самая быстрая поляризация (до
10−15 с).
Не связана с потерями.

Ионная —
смещение узлов кристаллической структуры
под действием внешнего электрического
поля, причем смещение на величину,
меньшую, чем величина постоянной
решетки. Время протекания 10−13 с,
без потерь.

Дипольная
(Ориентационная) — протекает с
потерями на преодоление сил связи и
внутреннего трения. Связана с ориентацией
диполей во внешнем электрическом поле.

Электронно-релаксационная —
ориентация дефектных электронов во
внешнем электрическом поле.

Ионно-релаксационная —
смещение ионов, слабо закрепленных в
узлах кристаллической структуры, либо
находящихся в междуузлие.

Структурная —
ориентация примесей и неоднородных
макроскопических включений в диэлектрике.
Самый медленный тип.

Самопроизвольная
(спонтанная) — благодаря этому типу
поляризации у диэлектриков, у которых
он наблюдается, поляризация проявляет
существенно нелинейные свойства даже
при малых значениях внешнего поля,
наблюдается явление гистерезиса.
Такие диэлектрики (сегнетоэлектрики)
отличаются очень высокими
значениямидиэлектрической
проницаемости (от
900 до 7500 у некоторых видов конденсаторной
керамики). Введение спонтанной поляризации,
как правило, увеличивает тангенс
угла потерь материала
(до 10−2)

Резонансная —
ориентация частиц, собственные частоты
которых совпадают с частотами внешнего
электрического поля.

Миграционная
поляризация обусловлена наличием в
материале слоев с различной проводимостью,
образованию объемных зарядов, особенно
при высоких градиентах напряжения,
имеет большие потери и является
поляризацией замедленного действия.

Поляризация
диэлектриков (за исключением резонансной)
максимальна в статических электрических
полях. В переменных полях, в связи с
наличием инерции электронов, ионов и
электрических диполей, вектор электрической
поляризации зависит от частоты.