Влияние электрического поля на проводники и диэлектрики кратко

Обновлено: 08.07.2024

Что такое проводники и диэлектрики в электростатическом поле

Поведение заряженного объекта зависит от того, изготовлен ли объект из проводящего или непроводящего материала.

Проводники в физике — это материалы, которые позволяют электронам свободно перемещаться от частицы к частице.

Объект, изготовленный из проводящего материала, позволит передавать заряд по всей поверхности объекта. Если заряд передается объекту в заданном месте, этот заряд быстро распределяется по всей поверхности объекта.

Распределение заряда является результатом движения электронов. Поскольку проводники позволяют переносить электроны от частицы к частице, заряженный объект всегда будет распределять свой заряд до тех пор, пока общие силы отталкивания между избыточными электронами не будут сведены к минимуму. Если заряженный проводник прикоснется к другому объекту, проводник может даже передать свой заряд этому объекту. Передача заряда между объектами происходит легче, если второй объект изготовлен из проводящего материала. Проводники обеспечивают передачу заряда за счет свободного движения электронов.

Примеры проводников

Примеры проводников включают металлы, водные растворы солей (т.е. ионные соединения, растворенные в воде), графит и человеческое тело. Они также включают пластмассы, пенополистирол, бумагу, резину, стекло и сухой воздух. Разделение материалов на категории проводников и изоляторов является несколько искусственным разделением. Более уместно думать о материалах как о размещенных где-то вдоль континуума.

Те материалы, которые являются сверхпроводящими (известными как сверхпроводники), будут размещены на одном конце.
Наименее проводящие материалы (лучшие изоляторы) будут размещены на другом конце.

Металлы будут размещены вблизи наиболее проводящего конца, а стекло будет размещено на противоположном конце континуума. Проводимость металла может быть в миллион триллионов раз больше, чем у стекла.

Вдоль континуума проводников и изоляторов можно было бы найти человеческое тело где-то ближе к проводящей стороне середины. Когда тело приобретает статический заряд, оно имеет тенденцию распределять этот заряд по всей поверхности тела. Учитывая размеры человеческого тела по сравнению с размерами типичных объектов, используемых в электростатических экспериментах, потребуется аномально большое количество избыточного заряда, прежде чем его эффект станет заметным. Воздействие избыточного заряда на организм часто демонстрируется с помощью генератора Ван де Граафа.

Когда человек кладет руку на статический шар, избыточный заряд от шара передается его телу. Будучи проводником, избыточный заряд может поступать в человеческое тело и распространяться по всей поверхности тела, даже на пряди волос. Когда отдельные пряди волос заряжаются, они начинают отталкиваться друг от друга. Стремясь дистанцироваться от своих соседей, пряди волос начинают подниматься вверх и наружу.

Поляризуемость позволяет лучше понять взаимодействия между неполярными атомами и молекулами и другими электрически заряженными частицами, такими как ионы или полярные молекулы с дипольными моментами.

Нейтральные неполярные виды имеют сферически симметричное расположение электронов в своих электронных облаках. При наличии электрического поля их электронные облака могут искажаться. Легкость этого искажения определяется как поляризуемость атома или молекулы.

Особенности поведения, основные свойства

Электрические поля внутри заряженных проводников

Заряженные проводники, достигшие электростатического равновесия, обладают целым рядом необычных характеристик. Одной из характеристик проводника в состоянии электростатического равновесия является то, что электрическое поле в любом месте под поверхностью заряженного проводника равно нулю. Если бы электрическое поле действительно существовало под поверхностью проводника (и внутри него), то электрическое поле оказывало бы воздействие на все присутствующие там электроны. Эта суммарная сила начнет ускорять и перемещать эти электроны. Но объекты, находящиеся в электростатическом равновесии, не имеют дальнейшего движения заряда по поверхности.

Таким образом, если бы это произошло, то первоначальное утверждение о том, что объект находился в электростатическом равновесии, было бы ложным утверждением. Если электроны внутри проводника приняли состояние равновесия, то суммарная сила, действующая на эти электроны, равна нулю. Линии электрического поля либо начинаются, либо заканчиваются зарядом, а в случае проводника заряд существует исключительно на его внешней поверхности. Линии простираются от этой поверхности наружу, а не внутрь. Это, конечно, предполагает, что наш проводник не окружает область пространства, где был другой заряд.

Чтобы проиллюстрировать эту характеристику, давайте рассмотрим пространство между и внутри двух концентрических проводящих цилиндров разного радиуса, как показано на диаграмме сверху.

Внешний цилиндр заряжен положительно.
Внутренний цилиндр заряжен отрицательно.
Электрическое поле вокруг внутреннего цилиндра направлено в сторону отрицательно заряженного цилиндра.
Поскольку этот цилиндр не окружает область пространства, где имеется другой заряд, можно сделать вывод, что избыточный заряд находится исключительно на внешней поверхности этого внутреннего цилиндра.

Электрическое поле внутри внутреннего цилиндра равно нулю. При рисовании линий электрического поля линии будут проводиться от внутренней поверхности внешнего цилиндра к внешней поверхности внутреннего цилиндра. Для избыточного заряда на внешнем цилиндре необходимо учитывать нечто большее, чем просто силы отталкивания между зарядами на его поверхности.

В то время как избыточный заряд на внешнем цилиндре стремится уменьшить силы отталкивания между его избыточным зарядом, он должен уравновесить это с тенденцией притягиваться к отрицательным зарядам на внутреннем цилиндре. Поскольку внешний цилиндр окружает заряженную область, характеристика заряда, находящегося на внешней поверхности проводника, неприменима.

Эта концепция электрического поля, равного 0 внутри замкнутой проводящей поверхности, была впервые продемонстрирована Майклом Фарадеем, физиком XIX века, который продвигал теорию поля электричества.

Фарадей построил комнату внутри комнаты, покрыв внутреннюю комнату металлической фольгой. Он сидел во внутренней комнате с электроскопом и заряжал поверхности внешней и внутренней комнаты с помощью электростатического генератора. В то время как между стенами двух комнат были замечены искры, во внутренней комнате не было обнаружено электрического поля. Избыточный заряд на стенах внутренней комнаты полностью находился на внешней поверхности комнаты. Сегодня эта демонстрация часто повторяется на демонстрационных выставках физики в музеях и университетах.

Внутренняя комната с проводящей рамой, которая защищала Фарадея от статического заряда, теперь называется клеткой Фарадея. Клетка служит для защиты того, кто и что находится внутри, от воздействия электрических полей. Любая замкнутая проводящая поверхность может служить клеткой Фарадея, защищая все, что она окружает, от потенциально разрушительного воздействия электрических полей. Этот принцип экранирования широко используется сегодня, когда мы защищаем чувствительное электрооборудование, заключая его в металлические корпуса. Даже хрупкие компьютерные чипы и другие компоненты поставляются в проводящей пластиковой упаковке, которая защищает чипы от потенциально разрушительного воздействия электрических полей.

Диэлектрики в электростатическом поле

Когда батарея подключена к проводнику, разность потенциалов двух полюсов батареи воздействует на все заряды в проводнике, что, в свою очередь, заставляет их медленно перемещаться по материалу, создавая ток через проводник. Это происходит потому, что внешние электроны в проводнике не прикреплены к определенным ядрам; они могут свободно перемещаться по всему материалу.

В диэлектрике заряды представляют собой валентные электроны, которые застряли внутри атомов кристалла или полимера, и поэтому ток вообще не течет. Электрическое поле, однако, все еще оказывает влияние на заряды. В то время как отдельные электроны остаются привязанными к своим родительским атомам, они предпочитают оставаться на стороне атома, которая ближе к положительному выходу.

Рисунок, показывающий различные способы движения электронов в диэлектрике по сравнению с проводником

Поскольку внешнее поле заставляет электроны в каждом атоме собираться на одной стороне ядра, атомы поляризованы, что означает, что они имеют положительный полюс и отрицательный полюс, которые ориентированы в направлении электрического поля.

Тем не менее, если к диэлектрику приложено достаточно большое электрическое поле, силы, которые хотят подтолкнуть электроны, могут фактически преодолеть силу, которая привязывает их к атомному ядру, в результате чего электроны срываются с цепей.

Большие электрические поля ионизируют атомы диэлектрика. Это означает, что большие электрические поля создают свободные заряды (в данном случае электроны), которые способны свободно перемещаться по материалу и переносить ток. Этот процесс называется пробоем диэлектрика, потому что диэлектрик переходит из состояния изолятора в состояние проводника. В большинстве реальных конденсаторов пробой диэлектрика приводит к искре и повреждению конденсатора.

Диэлектрики обычно используются либо для изоляции проводников от изменяющейся внешней среды (например, в качестве покрытия для электрических проводов), либо для изоляции проводников друг от друга (например, между пластинами конденсатора с параллельными пластинами). Во всех областях применения они выбираются за их способность действовать в качестве изоляторов. По определению, изолятор не способен проводить электричество. Однако при определенных условиях материал, являющийся изолятором, может стать проводником.

Как найти потенциал и напряженность электрического поля

Электрическое поле является областью пространства вокруг заряженной частицы или между двумя напряжениями; оно оказывает воздействие на заряженные объекты вблизи него.

Электрический потенциал — это потенциальная энергия на единицу заряда в точке в статическом электрическом поле; напряжение.

Взаимосвязь между электрическим потенциалом и полем аналогична взаимосвязи между гравитационным потенциалом и полем в том смысле, что потенциал является свойством поля, описывающим действие поля на объект.

Электрическое поле и потенциал в одном измерении: наличие электрического поля вокруг статического точечного заряда создает разность потенциалов, заставляя тестовый заряд испытывать силу и двигаться.

Электрическое поле похоже на любое другое векторное поле: оно оказывает силу, основанную на стимуле, и имеет единицы силы, умноженные на обратный стимул. В случае электрического поля стимулом является заряд, и, следовательно, единицы измерения равны NC-1. Другими словами, электрическое поле является мерой силы на единицу заряда.

Электрический потенциал в точке — это коэффициент потенциальной энергии любой заряженной частицы в этом месте, деленный на заряд этой частицы. Его единицы измерения — JC-1. Таким образом, электрический потенциал является мерой энергии на единицу заряда.

В единицах измерения электрический потенциал и заряд тесно связаны. Они имеют общий коэффициент обратных кулонов (C-1), в то время как сила и энергия различаются только на коэффициент расстояния (энергия — это произведение силы на расстояние).

Таким образом, для однородного поля соотношение между электрическим полем (E), разностью потенциалов между точками A и B (Δ) и расстоянием между точками A и B (d) равно:

Коэффициент -1 возникает в результате отталкивания положительных зарядов: положительный заряд будет отталкиваться от положительно заряженной пластины в направлении места с более высоким напряжением.

Приведенное выше уравнение представляет собой алгебраическое соотношение для однородного поля. В изначальном смысле, не предполагая однородности поля, электрическое поле представляет собой градиент электрического потенциала в направлении x:

Это может быть выведено из основных принципов. Учитывая, что ∆P=W (изменение энергии заряда равно работе, проделанной над этим зарядом), применение закона сохранения энергии, мы можем заменить ∆P и W другими терминами. ∆P может быть заменено его определением как произведение заряда (q) и разности потенциалов (dV). Затем мы можем заменить W его определением как произведение q, электрического поля (E) и разности расстояний в направлении x (dx):

q d V = - q E x d x .

Деление обеих частей уравнения на q дает предыдущее уравнение.

Напряженность электростатического поля

Напряженность электрического поля является векторной величиной; она имеет как величину, так и направление.

Величина напряженности электрического поля определяется с точки зрения того, как она измеряется. Если предположить, что электрический заряд может быть обозначен символом Q. Этот электрический заряд создает электрическое поле; поскольку Q является источником электрического поля, он будет называться его зарядом источника.

Напряженность электрического поля исходного заряда может быть измерена любым другим зарядом, размещенным где-то в его окружении. Заряд, используемый для измерения напряженности электрического поля, называется тестовым зарядом, поскольку он используется для проверки напряженности поля. Испытательный заряд имеет количество заряда, обозначенное символом q. При помещении в электрическое поле испытуемый заряд будет испытывать электрическую силу — либо притягивающую, либо отталкивающую. Как это обычно бывает, эта сила будет обозначаться символом F. Величина электрического поля просто определяется как сила, приходящаяся на заряд испытуемого заряда.

Если напряженность электрического поля обозначается символом E, то уравнение может быть переписано в символической форме как:

Стандартные метрические единицы измерения напряженности электрического поля вытекают из его определения. Поскольку электрическое поле определяется как сила на заряд, его единицами будут единицы силы, деленные на единицы заряда. В этом случае стандартными метрическими единицами являются Ньютон/Кулон или Н/С.

Для столкновения с силой всегда требовались два заряда. В электрическом мире для притяжения или отталкивания требуются двое. Уравнение для напряженности электрического поля (E) содержит одну из двух величин заряда, перечисленных в нем. Символ q в уравнении представляет собой количество заряда на тестовом заряде (не на исходном заряде). Напомним, что напряженность электрического поля определяется в терминах того, как она измеряется или проверяется; таким образом, тестовый заряд попадает в уравнение. Электрическое поле — это сила, приходящаяся на количество заряда на испытуемом заряде.

Понятие электроемкости проводника

Емкость — это свойство электрического проводника или набора проводников, которое измеряется количеством разделенного электрического заряда, который может быть сохранен на нем за единицу изменения электрического потенциала.

Емкость также подразумевает соответствующее накопление электрической энергии. Если электрический заряд передается между двумя изначально незаряженными проводниками, оба становятся одинаково заряженными: один положительно, другой отрицательно, и между ними устанавливается разность потенциалов. Емкость C представляет собой отношение величины заряда q на любом проводнике к разности потенциалов V между проводниками, или выражается:

Допустим, у нас есть большая тарелка, и мы даем ей положительный заряд. Существует ограничение на количество заряда, которое может быть передано пластине, потому что при подаче заряда его потенциал возрастает, и за пределами определенного предела заряды начинают протекать. Если мы возьмем другую пластину и поместим ее рядом с этой положительно заряженной пластиной, то отрицательный заряд будет притянут к той стороне этой пластины, которая ближе к положительно заряженной пластине, и положительному заряду на дальней стороне.

Этот отрицательный заряд на пластине 2 уменьшит потенциал на пластине 1. В то же время положительный заряд на пластине 2 будет пытаться увеличить потенциал пластины 1. Однако эффект более близкой стороны пластины 2, удерживающей отрицательный заряд, будет больше. Это приводит к снижению потенциала пластины 1. Итак, теперь на пластину 1 можно подать больше заряда, если мы заземлим внешнюю сторону второй пластины. Тогда положительный заряд с этой стороны пойдет на Землю. С помощью этой пластины 1 сможет удерживать еще больше положительного заряда. Таков принцип работы конденсатора.

Проводниками называются вещества, содержащие заряды, которые могут в них свободно перемещаться (свободные заряды). К таким веществам относятся, например, металлы (см. табл. 2.1), содержащие свободные электроны, и электролиты, содержащие свободные положительно и отрицательно заряженные ионы.

Диэлектриками называются вещества, в которых свободные заряды отсутствуют. Однако внутри своих электрически нейтральных молекул они содержат связанные между собой положительные и отрицательные заряды. К таким веществам относятся, например, эбонит, гетинакс, асбоцемент и т.д. (см. табл. 2.2).

При наличии проводников и диэлектриков электрическое поле существует в том же вакууме, как если бы проводники и диэлектрики отсутствовали, а их влияние на электрическое поле сводится к появлению дополнительных зарядов, переместившихся в этих веществах под действием электрического поля и в свою очередь создающих электрическое поле.

В проводниках свободные заряды под действием статического электрического поля свободно перемещаются, располагаясь на поверхности проводников.

Статическое электрическое поле в проводниках существовать не может, так как в противном случае было бы перемещение свободных зарядов.

Закон Гаусса.

Сумма всех свободных и связанных зарядов, заключенных в объеме, ограниченном замкнутой поверхностью S, пропорциональна потоку вектора напряженности электрического поля через эту поверхность:

где —относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика (безразмерная величина).

Для вакуума = 1.

Произведение относительной диэлектрической проницаемости на электрическую постояннуюназываетсяабсолютной диэлектрической проницаемостью :

Пример 1.2. Определить напряженность однородного электрического поля равномерно заряженной пластины с плотностью заряда 8= Ю -10 Кл/м 2 и разность потенциалов между точками 1 и 2, расположенными на расстояниях а_х = 1 м и а₂ = 3,5 м от заряженной пластины вдоль силовой линии поля (см. рис. 1.4).

Решение. По теореме Гаусса (1.8) поток вектора напряженности электрического поля через поверхность куба с площадью граней S равен

Разность потенциалов между точками 1 и 2 по формулам (1.6) и (1.7) равна

1.3. Электрическая емкость, конденсаторы и емкостные элементы

Конденсатором называется устройство, служащее для накопления зарядов.

На рис. 1.7, а изображен простейший плоский конденсатор с двумя параллельными обкладками каждая площадью S, которые находятся в вакууме на расстоянии d друг от друга.

Если между верхней и нижней обкладками конденсатора приложить напряжение и_аЬ > О, то на верхней и нижней обкладках конденсатора накопятся одинаковые положительный и отрицательный свободные заряды ±q_CB = ±q.

Накопленный в конденсаторе заряд q пропорционален приложенному напряжению и_аЬ = и_с

где коэффициент пропорциональности С называется электрической емкостью (емкостью) конденсатора.

Единица измерения емкости в СИ — фарад (Ф): 1 Ф = 1 Кл/В = = 1А*с/В.

Между обкладками плоского конденсатора электрическое поле будет однородным (если не учитывать краевого эффекта) с напряженностью (см. пример 1.2)

Сравнив соотношения (1.9) и (1.10), получим выражение для емкости плоского вакуумного конденсатора:

Для увеличения емкости плоского конденсатора пространство между его обкладками заполняют диэлектриком (рис. 1.7, б).

Под действием электрического поля хаотически ориентированные в пространстве дипольные молекулы диэлектрика приобретают преимущественное направление ориентации. При этом внутри однородного диэлектрика положительные и отрицательные заряды дипольных молекул компенсируют друг друга (на рис. 1.7, б отмечено штриховой линией), а на границах с обкладками плоского конденсатора остаются некомпенсированные слои связанных зарядов . На границе с обкладкой, заряженной положительно (отрицательно), располагается слой отрицательных (положительных) связанных зарядов.При наличии связанных зарядов напряженность электрического поля внутри конденсатора уменьшается:

Отсюда следует, что при той же напряженности электрического поля, а следовательно, и напряжении и_аЬ = и_с заряд q должен быть больше. Поэтому увеличится, как следует из (1.8), и емкость плоского конденсатора с диэлектриком по сравнению с емкостью такого же вакуумного конденсатора:

(1.11)

В табл. 1.1 приведены значения параметров некоторых диэлектриков;

Электрической прочностью диэлектрика ε_п называется предельная напряженность электрического поля еще не вызывающее электрического пробоя изоляционного материала.

Электрический пробой — лавинный пробой (резкое уменьшение сопротивления изоляции с одновременным неконтролируемым увеличением тока через диэлектрик), связанный с тем, что носитель заряда на длине свободного пробега приобретает энергию, достаточную для ионизации молекул кристаллической решётки или газа и увеличивает концентрацию носителей заряда. При этом создаются свободные носители заряда (увеличивается концентрация электронов), которые вносят основной вклад в общий ток. Генерация носителей происходит лавинообразно.

в табл. 1.2 — условные графические обозначения конденсаторов;

в табл. 1.3 — характеристики некоторых типов конденсаторов на основе различных диэлектриков.

Очень большой емкостью обладают электролитические конденсаторы (до 15000 мкФ), в которых используется, например, тонкая оксидная пленка алюминия. Оксидная пленка является диэлектриком только при одном направлении напряженности электрического поля. По этой причине электролитические конденсаторы пригодны только при одной полярности приложенного к ним относительно невысокого напряжения (5—450 В).

Так как электрическое поле всегда существует между различными деталями электротехнических устройств, находящихся под напряжением, между ними есть электрическая (паразитная) емкость.

Линейный емкостный элемент является составляющей схемы замещения любой части электротехнического устройства, в которой значение заряда пропорционально напряжению. Его параметром служит емкость С = const.

Кулон-вольтной характеристикой конденсатора q(u_c). - зависимость величины заряда конденсатора от напряжения на его обкладках.

Если зависимость заряда от напряжения нелинейная, то схема замещения содержит нелинейный емкостный элемент, который задается нелинейной кулон-вольтной характеристикой q(u_c).

На рис.1.8 приведены кулон-вольтные характеристики линейного (линия а) и нелинейного (линия Ь) емкостных элементов, а также условные обозначения таких элементов на схемах замещения.

Если напряжение, приложенное к емкостному элементу, изменяется (увеличивается или уменьшается), то изменяется и заряд, т.е. в емкостном элементе есть ток.

Положительное направление тока в емкостном элементе выберем совпадающим с положительным направлением приложенного к нему напряжения (см. рис. 1.7, в). По определению ток равен скорости изменения заряда:

(1.12)

В линейном емкостном элементе с учетом (1.9) ток равен

(1.13)

Если за время t₁ напряжение на емкостном элементе изменится от нуля до то электрическом поле элемента будет накоплена энергия

или с учетом (1.12)

(1.14)

где q₁ — значение свободного заряда при напряжении и_с= и_с1.

Энергия электрического поля емкостного элемента при напряжении и_с (см. формулу (1.14)) пропорциональна соответствующей площади, заключенной между кулон-вольтной характеристикой и осью ординат (см. рис. 1.8, где заштрихована площадь, пропорциональная энергии электрического поля нелинейного емкостного элемента при напряжении и_С1).

Энергия электрического поля линейного емкостного элемента при напряжении и_с из (1.14) с учетом (1.9) равна

. (1.15)

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 .

Одним из основных понятий электрики является электрическое поле. Благодаря ему, все электрические заряды способны взаимодействовать между собой. Оно образовано суммой электрических полей, существующих в каждом заряде. Все тела, помещенные в эту среду, разделяются, как проводники и диэлектрики в электрическом поле, выполняющие собственные функции, в зависимости от их физических свойств.

Проводники в электрическом поле

Проводники свободно пропускают через себя электрозаряды, поскольку содержат в себе заряженные свободные носители. Классические проводники представлены различными видами металлов и электролитами.

Когда проводник попадает в электрическое поле, в нем возникает движение свободных зарядов. Оно прекращается при нулевом значении напряженности. Разноименные заряды могут разделяться и тогда наблюдается явление электростатической индукции. В этом случае прекращается перемещение свободных зарядов вдоль поверхности проводника. Когда распределение достигает определенного значения, вектор напряженности в поле становится перпендикулярным проводнику.

Все эти свойства проводников, на которые воздействует поле используются на практике в различных приборах и устройствах.

Диэлектрики

Тела, которые состоят из веществ, не проводящих электроразряды, получили название диэлектриков. Это связано с тем, что в них отсутствуют свободные заряды. В электротехнике такие тела играют роль изоляторов.

При помещении диэлектрика в электрическое поле, в нем не будет происходить перераспределения зарядов. Сам диэлектрик будет нейтральным на обоих концах. Тем не менее, незаряженное диэлектрическое тело может притягиваться к заряженному объекту, поскольку поле создает поляризацию диэлектрика. При этом, разноименные заряды, связанные между собой и находящиеся в составе молекул и атомов, смещаются в противоположные стороны.

Диэлектрики могут быть полярными и неполярными. В первом случае распределение положительных и отрицательных зарядов в молекулах не совпадает. Эти нейтральные системы называются электрическими диполями. В неполярных диэлектриках центры положительных и отрицательных зарядов совпадают. Их типичными представителями являются водород, кислород, инертные газы. Следует отметить, что разделение веществ на проводники и диэлектрики достаточно условно, поскольку свободные заряды в различных количествах содержатся в каждом диэлектрике.

Читайте также: