Проводники в электрическом поле Свободные заряды – заряженные частицы одного знака, способные перемещаться под действием электрического поля Связанные заряды – разноименные заряды, входящие в состав атомов (или молекул), которые не могут перемещаться под действием электрического поля независимо друг от друга вещества проводники диэлектрики полупроводники
Любая среда ослабляет напряженность электрического поля
Электрические характеристики среды определяются подвижностью заряженных частиц в ней
Проводник мметаллы, растворы солей, кислот, влажный воздух, плазма, тело человека
Это тело, внутри которого содержится достаточное количество свободных электрических зарядов, способных перемещаться под действием электрического поля.
Если внести незаряженный проводник в электрическое поле, то носители заряда приходят в движение. Они распределяются так, чтобы созданное ими электрическое поле было противоположно внешнему полю, то есть поле внутри проводника будет ослабляться. Заряды будут перераспределяться до тех пор, пока не будут выполнены условия равновесия зарядов на проводнике, то есть:
нейтральный проводник, внесенный в электрическое поле, разрывает линии напряженности. Они заканчиваются на отрицательных индуцированных зарядах и начинаются на положительных
Явление пространственного разделения зарядов называется электростатической индукцией. Собственное поле индуцированных зарядов с высокой степенью точности компенсирует внешнее поле внутри проводника.
Если в проводнике имеется внутренняя полость, то поле будет отсутствовать и внутри полости. Этим обстоятельством пользуются при организации защиты оборудования от электрических полей.
Электризацию проводника во внешнем электростатическом поле разделением уже имеющихся в нем в равных количествах положительных и отрицательных зарядов называют явлением электростатической индукции, а сами перераспределенные заряды - индуцированными. Это явление можно использовать для электризации незаряженных проводников.
Незаряженный проводник можно наэлектризовать путем соприкосновения с другим заряженным проводником.
Распределение зарядов на поверхности проводников зависит от их формы. Максимальная плотность зарядов наблюдается на заострениях, а внутри углублений сводится к минимуму.
Свойство электрических зарядов концентрироваться в приповерхностном слое проводника нашло применение для получения значительных разностей потенциалов электростатическим способом. На рис. приведена схема электростатического генератора, применяемого для ускорения элементарных частиц.
Сферический проводник 1 большого диаметра распо-лагается на изоляционной колонне 2. Внутри колонны движется замкнутая диэлектрическая лента 3, приводи-мая в движение барабанами 4. С высоковольтного гене-ратора эклектический заряд через систему заострённых проводников 5 передаётся на ленту, с тыльной стороны ленты располагается заземляющая пластина 6. Заряды с ленты снимаются системой острий 7 и стекают на проводящую сферу. Величина максимального заряда, который может накопиться на сфере определяется утечками с поверхности сферического проводника. Практически генераторами подобной конструкции при диаметре сферы 10 − 15 м удаётся получить разность потенциалов порядка 3−5 миллионов вольт. Для увеличения заряда сферы всю конструкцию иногда помещают в бокс, заполненный сжатым газом, что уменьшает интенсивность ионизации.
http://www.physbook.ru/images/0/02/Img_T-68-004.jpg
http://ido.tsu.ru/schools/physmat/data/res/elmag/uchpos/text/2_2.html
http://www.ido.rudn.ru/nfpk/fizika/electro/course_files/el13.JPG
- Что такое электрическое поле?
- Назовите основные свойства электростатического поля.
- Чем порождается электрическое поле?
- Что называется напряжённостью электрического поля?
- Какое электрическое поле называется однородным?
- Как можно получить однородное электрическое поле?
- Как направлены силовые линии однородного электрического поля?
- Как рассчитать напряжённость электрического поля, созданного точечным зарядом?
Проводники и диэлектрики в электростатическом поле
План лекции:
- 1.Проводники и диэлектрики.
- 2. Проводники в электростатическом поле.
- 3. Диэлектрики в электростатическом поле.
Два вида диэлектриков.
- 4.Диэлектрическая проницаемость.
Строение металлов
Последний электрон слабо притягивается к ядру т.к.:
- далеко от ядра
- 10 электронов отталкивают одиннадцатый
последний электрон отрывается от ядра и становится свободным
вещества по проводимости
проводники
- проводники
диэлектрики
это вещества, которые не проводят электрический ток
нет свободных зарядов
это вещества, которые проводят электрический ток
есть свободные заряды
Строение металлов
Строение металлов
Е внутр.
Е внешн.= Е внутр.
Металлический проводник в электростатическом поле
Е внешн.= Е внутр.
Е общ =0
ВЫВОД:
Внутри проводника электрического поля нет.
Весь статический заряд проводника сосредоточен на его поверхности.
Строение диэлектрика
строение молекулы поваренной соли
электрический диполь -
совокупность двух точечных зарядов, равных по модулю и противоположных по знаку.
Строение полярного диэлектрика
Диэлектрик в электрическом поле
Е внутр. Е внеш .
Е внеш.
Е внутр.
ВЫВОД:
ДИЭЛЕКТРИК ОСЛАБЛЯЕТ ВНЕШНЕЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
Галимурза С.А.
Диэлектрическая проницаемость среды
Напряжённость электрического поля в вакууме
Напряжённость электрического поля в диэлектрике
Диэлектрическая проницаемость среды
Е о
В справочник:
- Закон Кулона:
- Напряжённость электрического поля, созданного точечным зарядом:
q 1 q 2
r
2
q
r
2
Что такое микроволны?
В бытовых микроволновых печах используются электромагнитные волны, частота которых составляет 2450 МГц- микроволны.
В таких микроволнах электрическое поле 2 · 2 450 000 000 раз в секунду меняет своё направление.
Микроволновка: частота микроволн 2450 МГц
Как микроволны нагревают пищу?
Нагрев продуктов происходит за счет двух физических механизмов:
1. прогрева микроволнами поверхностного слоя
2. последующего проникновения тепла в глубину продукта за счет теплопроводности.
прибор
мощность,
частота,
микроволновка
мобильный телефон
GSM класс 4
мобильный телефон
Презентация по слайдам
Текст слайда: Проводники и диэлектрики в электростатическом поле Межецкий Артём 10”Б” Выполнил: Муниципальное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа № 30 города Белово» Руководитель: Попова Ирина Александровна Белово 2011
Текст слайда: План: 1.Проводники и диэлектрики. 2. Проводники в электростатическом поле. 3. Диэлектрики в электростатическом поле. Два вида диэлектриков. 4.Диэлектрическая проницаемость.
Текст слайда: вещества по проводимости проводники это вещества, которые проводят электрический ток есть свободные заряды диэлектрики это вещества, которые не проводят электрический ток нет свободных зарядов
Текст слайда: Строение металлов + + + + + + + + + - - - - - - - - -
Текст слайда: Металлический проводник в электростатическом поле + + + + + + + + + - - - - - - - - + + + + + Евнешн. Евнутр. Евнешн.= Евнутр. -
Текст слайда: Металлический проводник в электростатическом поле Е внешн.= Е внутр. Еобщ=0 ВЫВОД: Внутри проводника электрического поля нет. Весь статический заряд проводника сосредоточен на его поверхности.
Текст слайда: Строение диэлектрика строение молекулы поваренной соли NaCl электрический диполь- совокупность двух точечных зарядов, равных по модулю и противоположных по знаку. Na Cl - - - - - - - - + - + -
Текст слайда: Виды диэлектриков 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, О2, Н2, бензол, полиэтилен и др.
Текст слайда: Строение полярного диэлектрика + - + - + - + - + - + -
Слайд №10
Текст слайда: Диэлектрик в электрическом поле + - + + + + + + + - Е внеш. Е внутр. + - + - + - + - Е внутр. < Е внеш. ВЫВОД: ДИЭЛЕКТРИК ОСЛАБЛЯЕТ ВНЕШНЕЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
Слайд №11
Текст слайда: Диэлектрическая проницаемость среды- характеристика электрических свойств диэлетрика Е Ео -напряжённость электрического поля в вакууме -напряжённость электрического поля в диэлектрике -диэлектрическая проницаемость среды = Ео Е
Слайд №12
Текст слайда: Диэлектрическая проницаемость веществ вещество Диэлектрическая проницаемость среды вода 81 керосин 2,1 масло 2,5 парафин 2,1 слюда 6 стекло 7
Слайд №13
Текст слайда: Закон Кулона: Напряжённость электрического поля, созданного точечным зарядом: q1 q2 r 2 q r 2
Слайд №14
Текст слайда: Задача
Слайд №15
Текст слайда: Решение задачи
Слайд №16
Текст слайда: Решение задач
Слайд №17
Текст слайда: Решение задач
Слайд №18
Текст слайда: Тест №1: Положительно заряженное тело подносится к трем соприкасающимся пластинам А, В, С. Пластины В, С - проводник, а А - диэлектрик. Какие заряды будут на пластинах после того, как пластина В была бы полностью вытащена? Варианты ответа
Слайд №19
Текст слайда: №2: Заряженный металлический шар последовательно погружают в две диэлектрические жидкости (1< 2). Какой из нижеприведенных графиков наиболее точно отражает зависимость потенциала поля от расстояния, отсчитываемого от центра шара?
Слайд №20
Текст слайда: №3: При полном заполнении пространства между пластинами плоского конденсатора диэлектриком, напряженность поля внутри конденсатора изменилась в 9 раз. Во сколько раз изменилась емкость конденсатора? А) Увеличилась в 3 раза. B) Уменьшилась в 3 раза. C) Увеличилась в 9 раз. D) Уменьшилась в 9 раза. E) Не изменилась.
Слайд №21
Текст слайда: №4: Положительный заряд поместили в центр толстостенной незаряженной металлической сферы. Какой из нижеприведенных рисунков соответствует картине распределения силовых линий электростатического поля?
Слайд №22
Текст слайда: №5: Какой из нижеприведенных рисунков соответствует картине распределения силовых линий для положительного заряда и заземленной металлической плоскости?
Слайд №23
Текст слайда: Используемая литература Касьянов, В.А. Физика, 10 класс [Текст]: учебник для общеобразовательных школ / В.А. Касьянов. – ООО "Дрофа", 2004. – 116 с. Кабардин О.Ф., Орлов В.А., Эвенчик Э.Е., Шамаш С.Я., Пинский А.А., Кабардина С.И., Дик Ю.И., Никифоров Г.Г., Шефер Н.И. «Физика. 10 класс», «Просвещение», 2007 г.
Слайд №24
Текст слайда: Всё =)
1. В отсутствии внешнего поля частицы распределяются внутри вещества так, что создаваемое ими электрическое поле равно нулю. 2. При наличии внешнего поля происходит перераспределение заряженных частиц, и в веществе возникает собственное электрическое поле, которое складывается из внешнего Е0 поля и внутреннего Е/, создаваемого заряженными частицами вещества? Какие вещества называются проводниками? 3. Проводники -
- вещества с наличием свободных зарядов, которые участвуют в тепловом движении и могут перемещаться по всему объёму проводника
- 4. В отсутствие внешнего поля в проводнике «-» свободный заряд компенсируется «+» зарядом ионной решетки. В электрическом поле, происходит перераспределение свободных зарядов , в результате чего на его поверхности возникают нескомпенсированные «+» и «-» заряды
- Этот процесс называют электростатической индукцией , а появившиеся на поверхности проводника заряды – индукционными зарядами .
- 8. В диэлектриках (изоляторах) нет свободных электрических зарядов. Они состоят из нейтральных атомов или молекул. Заряженные частицы в нейтральном атоме связаны друг с другом и не могут перемещаться под действием электрического поля по всему объему диэлектрика.
- Вода, спирт,
- оксид азота (4)
- инертные газы, кислород, водород, бензол, полиэтилен.
- А) Потенциальной энергии зарядов
- Б) Кинетической энергии зарядов
- В) нулю
- А) Это вещества, у которых заряженные частицы не могут перемещаться под действием электрического поля.
- Б) Это вещества, у которых заряженные частицы могут перемещаться под действием электрического поля.
- А) Это смещение положительных и отрицательных связанных зарядов диэлектрика в противоположные стороны
- Б) Это смещение положительных и отрицательных связанных зарядов диэлектрика в одну сторону
- В) Это расположение положительных и отрицательных зарядов диэлектрика в середине
- А) внутри проводника
- Б) На его поверхности
- 8. Неполярные диэлектрики, это диэлектрики у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов …
- А) На том, что электрическое поле внутри проводника максимально.
- Б) на том, что электрического поля внутри проводника нет
- А) Это положительно заряженная система зарядов
- Б) Это отрицательно заряженная система зарядов
- В) Этот нейтральная система зарядов
ПРОВОДНИКИ И ДИЭЛЕКТРИКИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ
Базовый курс
- Проводниками называются вещества, в которых имеются свободные электрические заряды, способные перемещаться под действием сколь угодно слабого электрического поля.
ПРОВОДНИКИ
ИОНИЗИРОВАННЫЕ
ГАЗЫ
МЕТАЛЛЫ
ЭЛЕКТРОЛИТЫ
Электростатическая защита – явление, согласно которому, можно экранировать электрическое поле «спрятавшись» от него внутри замкнутой оболочки из проводящего электричество материала (например, металла).
Электростатическая защита.
Явление было открыто Майклом Фарадеем в 1836 году. Он обратил внимание, что внешнее электрическое поле не может попасть внутрь заземлённой металлической клетки. Принцип работы клетки Фарадея заключается в том, что под действием внешнего электрического поля, свободные электроны, находящиеся в металле, начинают движение и создают на поверхности клетки заряд, который полностью компенсирует это внешнее поле.
Диэлектрики (или изоляторы) - вещества, относительно плохо проводящие электрический ток (по сравнению с проводниками).
- В диэлектриках все электроны связаны, т. е. принадлежат отдельным атомам, и электрическое поле не отрывает их, а лишь слегка смещает, т. е. поляризует. Поэтому внутри диэлектрика может существовать электрическое поле, диэлектрик оказывает на электрическое поле определенное влияние
Диэлектрики делятся на полярные и неполярные .
Полярные диэлектрики
состоят из молекул, в которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов не совпадают. Такие молекулы можно представить в виде двух одинаковых по модулю разноименных точечных зарядов , находящихся на некотором расстоянии друг от друга, называемых диполем .
Неполярные диэлектрики
состоят из атомов и молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов совпадают.
Поляризация полярных диэлектриков.
- Помещение полярного диэлектрика в электростатическое поле (например, между двумя заряженными пластинами) приводит к развороту и смещению до этого хаотически ориентированных диполей вдоль поля.
Разворот происходит под действием пары сил, приложенных со стороны поля к двум зарядам диполя.
Смещение диполей называется поляризацией. Однако из-за теплового движения происходит лишь частичная поляризация. Внутри диэлектрика положительные и отрицательные заряды диполей компенсируют друг друга, а на поверхности диэлектрика появляется связанный заряд: отрицательный со стороны положительно заряженной пластины, и наобо рот.
Поляризация неполярных диэлектриков
Неполярный диэлектрик в электрическом поле также поляризуется. Под действием электрического поля положительные и отрицательные заряды в молекуле смещаются в противоположные стороны, так что центры распределения зарядов смещаются, как у полярных молекул. Ось наведенного полем диполя ориентирована вдоль поля. На поверхностях диэлектрика, примыкающих к заряженным пластинам, появляются связанные заряды.
Поляризованный диэлектрик сам создает электрическое поле.
Это поле ослабляет внутри диэлектрика внешнее электрическое поле
Степень этого ослабления зависит от свойств диэлектрика.
Уменьшение напряженности электростатического поля в веществе по сравнению с полем в вакууме характеризуется относительной диэлектрической проницаемостью среды.
Проводники в электрическом поле
Диэлектрики в электрическом поле
1. Есть свободные электроны
1.Нет свободных носителей зарядов.
2.электроны собираются на поверхности проводника
2. В электрическом поле молекулы и атомы поворачиваются так, что с одной стороны в диэлектрике появляется избыточный положительный заряд, а с другой - отрицательный
3. Внутри проводника электрического поля нет
3. Электрическое поле внутри проводника ослабевает в ε раз.
4. Проводник можно разделить на 2 части в электрическом поле, и каждая часть будет заряженной разными знаками.
4. Диэлектрик можно разделить на 2 части в электрическом поле, но каждая из них будет незаряженной
Контрольные вопросы
1 . Какие вещества называются проводниками?
2Какие электрические заряды называются свободными?
3.Какие частицы являются носителями свободных зарядов в металлах?
4.Что происходит в металле помещенном в электрическое поле?
5.Как распределяется по проводнику сообщенный ему заря д?
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.
6.Если находящейся в электрическом поле проводник разделить на две част, как будут заряжены эти части?
7.На каком принципе основана электростатическая защита?
8.Какие вещества называются диэлектриками?
9.Какие бывают диэлектрики? Чем они отличаются?
10.Объясните поведение диполя во внешнем электрическом поле.
11. Как происходит поляризация диэлектриков.
12. Если диэлектрик, помещенный в электрическое поле разделить пополам, каков будет заряд каждой части?
13. Над молниеотводом проходит отрицательно заряженная туча. Объясните на основе электронных представалений, почему на острие молниеотвода возникает заряд. Каков его знак?
