Интернет-энциклопедия по школьным предметам от Maximum Education. Учебник поможет решить домашнее задание, подготовиться к контрольной и вспомнить прошлые темы.
Вещество в электрическом поле
В зависимости от сопротивления материалы делят на проводники и изоляторы (диэлектрики). У проводников сопротивление материала низкое и они хорошо проводят ток, у изоляторов удельное сопротивление материала высокое и они в обычном состоянии ток пропускают плохо или не пропускают вовсе.
Свойства проводников и диэлектриков отличаются из-за их различного внутреннего строения.
Внутреннее строение металлов представляет собой кристаллическую решетку, в узлах которой находятся положительно заряженные ионы атомов, а между ними свободно перемещаются электроны.
Благодаря этому при воздействии внешнего электростатического поля, электроны сразу начинают своё движение.
Внутреннее строение диэлектрика очень похоже на строение металла – кристаллическая решетка с положительно заряженными ионами в узлах. Но все электроны в диэлектрике привязаны к своим ионам, в следствие чего – не могут свободно перемещаться.
К диэлектрикам относятся материалы, у которых нет свободных электронов – стекло, резина, смола и так далее. Поэтому под воздействием внешнего электрического поля заряд в диэлектрике не перемещается и во всех частях диэлектрика остается равным нулю.
Поведение проводника в электрическом поле
Когда на проводник действует внешнее электрическое поле, свободные заряды перераспределяются так, чтобы создать собственное электростатическое поле, которое полностью компенсирует внешнее поле внутри проводника. Заряды располагаются по поверхности проводника, при этом линии электростатического поля, которые они создают, всегда перпендикулярны поверхности проводника. Таким образом, по принципу суперпозиции, внутри проводника и на его поверхности напряженность электрического поля всегда равна нулю.
Потенциал всех точек проводника, находящегося в электрическом поле, всегда одинаков.
Если бы потенциал точек был отличен друг от друга, созданная разность потенциалов заставила бы электроны внутри проводника перемещаться в новое место до тех пор, пока эта разность потенциалов не стала бы равна нулю.
Тело сложной формы из проводящего материала, находящееся в электростатическом поле:
Потенциал и напряженность электрического поля сферического металлического проводника изображен ниже.
Потенциал шара внутри шара и на поверхности шара постоянен и равен φ, вне шара ― потенциал совпадает с потенциалом точечного заряда и убывает с расстоянием от шара.
Напряженность электрического поля Е, созданного шаром, равна нулю внутри шара и на поверхности шара, а вне шара ― такая же, как напряженность поля, создаваемого точечным зарядом и убывает с расстоянием от шара.
Поведение диэлектрика в электрическом поле
При изучении диэлектрика можно столкнуться с явлением поляризации - упорядоченного переориентирования молекул диэлектрика под действием внешнего электрического поля. Получается, что в одном направлении по отношению к силовым линиям поля преобладают положительно заряженные частицы, а в противоположном – отрицательно заряженные. Это вызвано с тем, что атом диэлектрика (электрический диполь) в электрическом поле делится на две части – с повышенной и пониженной концентрацией электронов. Эти заряды, аналогично металлу, создают внутри диэлектрика собственное электрическое поле таким образом, чтобы ослабить внешнее электрическое поле.
| Атом диэлектрика вне электрического поля | Атом диэлектрика в электрическом поле |
|---|---|
 |  |
Если проводник поместить в электрическое поле, а затем разрезать на две части окажется, что одна его часть имеет положительный заряд, а другая ― отрицательный из-за того, что электроны в проводнике переместились. Если тот же опыт проделать с диэлектриком, то обе половины диэлектрика останутся не заряженными, но на его гранях будут скапливаться избыточные заряды, одинаковые по модулю и противоположные по знаку. Деление диэлектрика на части не принесет эффекта, поскольку каждый его атом (электрический диполь) имеет суммарный заряд, равный нулю.
