ЛЕКЦИЯ 2

 

Тема 2 ПРОВОДНИКИ И ДИЭЛЕКТРИКИ
Строение вещества ➨ все вещества состоят из атомов, ионов и молекул; ➨ атомы состоят из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов;   Различают два рода заряженных частиц в веществе: связанные заряды и свободные заряды.  
● связанные заряды ➨ заряды, входящие в состав атомов, ионов и молекул; ➨ в некоторых веществах связанные заряды можно превратить в свободные, изменяя внешние условия (например, нагревание, растворение в воде);  
● свободные заряды ➨ заряды, слабо связанные с атомными ядрами и способные свободно перемещаться по всей области вещества;  
Проводники и диэлектрики ➨ все вещества по характеру их проводимости делятся на: проводники, диэлектрики и полупроводники;
ПРОВОДНИКИ в электрическом поле   ➨ к проводникам относятся вещества, в которых имеются свободные заряды, способные двигаться упорядоченно по всему объему тела под действием электрического поля, т.е. проводить электрический ток;  
● примеры природных проводников ➨ металлы; водные растворы солей, кислот, щелочей; ионизированные газы;  
Электростатическая индукция ➨ вид электризации, при котором под действием внешнего электрического поля происходит перераспределение зарядов между частями данного тела;  
● поле внутри проводника ➨ поместим незаряженный металлический проводник в поле напряженностью ; свободные электроны начнут двигаться против направления вектора напряженности , в результате чего на концах проводника возникают заряды противоположного знака, называемые индуцированными (наведенными).   Индуцированные заряды распределяются на внешней поверхности проводника, создавая собственное электрическое поле напряженностью , направленное противоположно напряженности внешнего поля.   Индуцированные заряды перемещаются до тех пор, пока напряженность собственного поля станет равной по модулю напряженности внешнего поля . По принципу суперпозиции напряженность результирующего поля внутри проводника равна векторной сумме и : = + .   Векторы и равны по модулю и противоположны по направлению, следовательно их сумма, т.е. напряженность внутри проводника, равна нулю: =0.  
ДИЭЛЕКТРИКИ в электрическом поле ➨ к диэлектрикам относятся вещества, в которых при обычных условиях (при не высоких температурах и отсутствии сильных электрических полей) нет свободных электрических зарядов, т.е. вещества не проводящие электрический ток;  
● отличие диэлектриков от проводников ➨ в диэлектриках заряженные частицы не способны двигаться по всему объему тела, а могут лишь смещаться на небольшие расстояния (порядка атомных) относительно своих постоянных положений, следовательно, электрические заряды в диэлектриках являются связанными. Такое отличие приводит к тому, что во внешнем электрическом поле диэлектрики ведут себя иначе, чем проводники – диэлектрик оказывает на поле определенное влияние.  
● примеры природных диэлектриков ➨ каучук, кварц, янтарь, газы в нормальных условиях, сухие соли.
Виды диэлектриков ➨ в зависимости от строения молекул все диэлектрики можно разделить на три группы: полярные, неполярные, сегнетоэлектрики;
❶ полярные диэлектрики ➨ диэлектрики, состоящие из полярных молекул;
● полярные молекулы ➨ молекулы имеют асимметричное строение - центры распределения положительных и отрицательных зарядов не совпадают (например, вода, спирт). Они обладают электрическим моментом даже при отсутствии внешнего электрического поля. Их можно рассматривать как электрические диполи;  
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДИПОЛЬ   ➨ система из двух равных по модулю и противоположных по знаку точечных электрических зарядов, расстояние между которыми мало по сравнению с расстоянием до точек, где наблюдается действие этих зарядов;  
●плечо диполя ➨ вектор, направленный по оси диполя от отрицательного заряда к положительному, численно равный расстоянию между ними.  
● электрический момент диполя   ➨ произведение модуля заряда диполя Qна плечо диполя , характеризует способность ориентации диполя во внешнем поле.
❷ неполярные диэлектрики ➨ диэлектрики, состоящие из неполярных молекул.
● неполярные молекулы ➨ имеют симметричное строение - центры распределения положительных и отрицательных зарядов совпадают (например, парафин, азот).В отсутствии внешнего электрическогополя такие молекулы не обладают электрическим моментом. Во внешнем электрическом поле центры распределения положительных и отрицательных зарядов неполярных молекул смещаются в противоположные стороны, молекулы становятся диполями и приобретают дипольный момент.  
● поле внутри диэлектрика ➨ если диэлектрик поместить в поле напряженностью , то произойдет ориентация его диполей по полю. При увеличении напряженности внешнего поля все большее количество диполей ориентируется по полю. Поляризованный диэлектрик создает собственное электрическое поле напряженностью , направленное противоположно напряженности внешнего поля. По принципу суперпозиции, напряженность результирующего поля внутри диэлектрика равна векторной сумме напряженностей внешнего и собственного полей: = + Векторы и противоположны по направлению, т.е. собственное поле диэлектрика ослабляет внешнее поле:  
● относительная диэлектрическая проницаемость среды   ➨ относительная диэлектрическая проницаемость показывает, во сколько раз напряженность электрического поля внутри диэлектрика меньше напряженности этого поля в вакууме;
❸ сегнетоэлектрики ➨ кристаллические диэлектрики, имеющие ионную структуру (например, NaCl, KCl ). Они обладают огромными значениями относительной диэлектрической проницаемости ;  
Электрическая ёмкость уединенного проводника [Ф] ➨ физическая величина, численно равная отношению заряда , сообщенного проводнику, к потенциалу , который этот заряд создает на поверхности проводника;
· взаимная электроемкость двух проводников [Ф] ➨ физическая величина, численно равная заряду, который нужно перенести с одного проводника на другой для того, чтобы изменить на единицу разность потенциалов ( ) между ними;
· электроемкость уединенного шара ➨ R – радиус шара;
● единица электроёмкости 1 Фарад ➨ за единицу электроёмкости принята емкость такого проводника, у которого потенциал возрастает на 1 В при сообщении проводнику заряда 1 Кл;  
КОНДЕНСАТОР ● плоский конденсатор ➨ система из двух разделенных диэлектриком проводников, на которых могут накапливаться заряды противоположных знаков. ➨ система из двух плоских параллельно расположенных на расстоянии d металлических пластин площадью Sкаждая, разделенных диэлектриком с диэлектрической проницаемостью .
Ёмкость плоского конденсатора ➨ прямо пропорциональна диэлектрической проницаемости вещества между пластинами, площади пластиныS и обратно пропорциональна расстоянию между пластинами d;
● энергия плоского конденсатора q- заряд одной из пластин (U=Ed)
Конденсаторы различают: ❶ по емкости - постоянной и переменной;
❷ по форме: плоские , цилиндрические, сферические ❸ по роду диэлектрика: воздушные, слюдяные, электролитические, керамические,
● цилиндрические ➨       ➨
● сферические ➨     ➨
СОЕДИНЕНИЯ КОНДЕНСАТОРОВ ➨ для получения нужной электроемкости конденсаторы соединяют друг с другом параллельно, последовательно или смешанно;  
● последовательное соединение при таком соединении на участке электрической цепи не образуется узлов ➨   общая электроемкость уменьшается   ➨ q=const ; ;  
● параллельное соединение при таком соединении одни концы конденсаторов сходятся в узел, а другие концы - в другой узел ➨   общая электроемкость увеличивается   ➨ ∆φ=const   q=q1 +q2 +…+qn ;   Cоб =С1 +С2 +…+Сn
● смешанное соединение   состоит из последовательного и параллельного соединений;   ➨ пример:     ➨ узел – точка электрической цепи, в которой имеется более двух направлений тока.