четверг, 23 января 2020 г.

Проводники и диэлектрики в электростатическом поле. Диэлектрическая проницаемость вещества

Ответ #1:

 

Проводником называется вещество, хорошо проводящее электрический ток. В проводниках есть большое число свободных электронов, которые могут перемещаться под действием электростатического поля. Эти электроны покинули свои атомы и могут перемещаться внутри проводника. Атомы, с которых ушли электроны, называются «атомными остатками». Если проводник внести в электростатическое поле, то свободные электроны перераспределяются в проводнике таким образом, чтобы в любой точке проводника электростатическое поле свободных электронов и «атомных остатков» компенсировало внешнее поле.

 

Таким образом, при внесении проводника в электрическое поле, поле изменится, и будет обладать следующими свойствами:

1. внутри проводника во всех точках Проводники и диэлектрики в электростатическом поле. Диэлектрическая  проницаемость вещества, а на его поверхности вектор Проводники и диэлектрики в электростатическом поле. Диэлектрическая  проницаемость вещества направлен перпендикулярно поверхности;

2. поверхность проводника является эквипотенциальной, потенциал внутри проводника равен потенциалу поверхности;

3. в заряженном проводнике некомпенсированные заряды находятся только на поверхности проводника.

 

Свойства проводника используются для изолирования какой-либо области пространства от внешнего электрического поля. Если, например, взять металлическую сферу и поместить ее в электростатическое поле, то внутри сферы напряженность поля будет равна нулю, а если сферу еще и заземлить, то и потенциал внутри нее тоже будет равен нулю.

 

Диэлектриком или изолятором называется вещество, не проводящее электрический ток. В диэлектриках отсутствуют свободные электроны и другие носители тока. Молекулы диэлектрика электрически нейтральны. Диэлектрик называется полярным, если в его молекуле существует разделение положительных и отрицательных зарядов. Диэлектрик называется неполярным, если в отсутствие внешнего поля в нем нет разделения положительных и отрицательных зарядов.

 

При внесении диэлектрика в электрическое поле он поляризуется. Поляризацией называется процесс возникновения в диэлектрике внутреннего электрического поля. В полярных диэлектриках молекулы выстраиваются, а в неполярных – возникает разделение зарядов внутри молекул. В результате поляризации внутри диэлектрика создается свое электростатическое поле, направленное противоположно внешнему полю. При этом значение результирующего поля становится меньше значения поля вне диэлектрика. Величина, показывающая во сколько раз ослабляется поле внутри диэлектрика, называется диэлектрической проницаемостью ε. Таким образом, напряженность поля Проводники и диэлектрики в электростатическом поле. Диэлектрическая  проницаемость вещества внутри диэлектрика связана с напряженностью Проводники и диэлектрики в электростатическом поле. Диэлектрическая  проницаемость вещества в отсутствие диэлектрика следующим образом:

Проводники и диэлектрики в электростатическом поле. Диэлектрическая  проницаемость вещества

Диэлектрическая проницаемость – безразмерная величина. Значения диэлектрической проницаемости для различных веществ измерены и занесены в таблицы.

 

Пример-задача

Чему равняется поле внутри куска стекла, если вдали от стекла оно равно 280 В/м?

Дано:E = 280 В/м.

Найти:Проводники и диэлектрики в электростатическом поле. Диэлектрическая  проницаемость вещества

 

Решение:

Значение диэлектрической проницаемости стекла из таблицы:

Проводники и диэлектрики в электростатическом поле. Диэлектрическая  проницаемость вещества

Поле внутри диэлектрика

Проводники и диэлектрики в электростатическом поле. Диэлектрическая  проницаемость вещества

 

Ответ: 40 В/м.