Проводники в электрическом поле.
Характерной особенностью проводников является наличие большого количества свободных электронов. В отсутствии поля они движутся хаотично. При внесении проводника в электрическое поле, на хаотическое движение накладывается движение против поля. Такое движение называют дрейфом. Он приводит к тому, что внутри проводника возникает собственное электрическое поле Е1. Дрейф продолжается до тех пор, пока собственное поле Е1 не скомпенсирует внешнее поле Е, т.е. IE1I = IEI.
| Итак, попадая в электрическое поле, проводник электризуется так, что на одном его конце возникает положительный заряд, на другом – отрицательный. Такая электризация называется электростатической индукцией, а заряд называют индуцированным или наведенным. |
Рис.1
Внутри же проводника электрического поля нет. Для доказательства этого факта М. Фарадей помещался с чувствительным электроскопом на изолированной подставке внутри металлической сетки, которой сообщали большой заряд. Электроскоп заряда «не почувствовал». На этом основана электростатическая защита.
Диэлектрики в электрическом поле.
Диэлектриками называют вещества, не проводящие электрического тока. Термин «диэлектрик» был введен М. Фарадеем для обозначения среды, в которой может в отличие от металлов длительное время существовать электрическое поле. В идеальном диэлектрике нет свободных электронов. Внешние электроны крепко связаны с ядрами.
Все диэлектрики можно разделить на полярные и неполярные.
А). К неполярным диэлектрикам относятся вещества, атомы которых имеют симметричное строение. Центры тяжести положительных и отрицательных зарядов совпадают. К ним относятся H2, O2, N2 и др. (рис.2).
Е = 0 Е = 0
Рис.2 Рис.3
 | |||
 | |||
Если атом попадает в электрическое поле, то электронные оболочки смещаются относительно ядра (рис.3). Такой атом можно рассматривать как диполь. Электрический диполь будем представлять как систему из двух зарядов, находящихся на некотором расстоянии друг от друга. С увеличением напряженности внешнего поля смещение электронных оболочек усиливается. Это происходит не мгновенно, а с некоторой задержкой во времени. Время установления зависит от природы вещества и окружающей среды. В очень сильных электрических полях электроны могут срываться со внешних оболочек, будет происходить ионизация атомов. Она называется авто ионизацией или полевой ионизацией.
| Б). У полярных диэлектриков молекулы уже представляют собой диполи, т.к. центры тяжести положительного и отрицательного зарядов не совпадают. К ним относятся NaCl, KCl и др., фенол, нитробензол и др.(рис.1). |
В электрическом поле на такую молекулу действует пара сил. Под действием этих сил диполь меняет ориентацию (рис.2).При достаточно сильных полях диэлектрик поляризуется полностью.
Влияние диэлектрика на электрическое поле определяется относительной диэлектрической проницаемостью среды. Диэлектрическая проницаемость среды показывает, во сколько раз уменьшается напряженность и потенциал поля внутри диэлектрика. Способность диэлектрика ослаблять электрическое поле широко используется в различных приборах. Кроме того, диэлектрики имеют самое широкое распространение как изоляционные материалы.
Существует группа веществ, у которых наблюдается спонтанная, т.е. самопроизвольная поляризация, без внешнего поля. Такие вещества называют сегнетоэлектрики. У сегнетоэлектриков существуют микроскопические зоны поляризации. Они появляются в отсутствии электрического поля. Эти зоны поляризации называют доменами. Такие диэлектрики сильно электризуются даже слабыми электрическими полями.
Изучение кристаллов кварца показало, что при сжатии их в определенном направлении возникает поляризация. Появление зарядов на поверхности кристаллов при механических деформациях назвали пьезоэффектом. Сегнетоэлектрики и пьезоэлектрические материалы широко используются в радиотехнике, гидроакустике, дефектоскопии и т.д