Электростатическая защита
ПРОВОДНИКИ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ
Электростатическое поле - эл. поле, образованное неподвижными электрическими зарядами.
Свободные электроны – электроны, способные свободно перемещаться внутри проводника (в основном в металлах) под действием эл. поля.
Свободные электроны возникают при образовании металлов: электроны с внешних оболочек атомов утрачивают связи с ядрами и начинают принадлежать всему проводнику:
- участвуют в тепловом движении и могут свободно перемещаться по всему проводнику.
Электростатическое поле внутри проводника
- внутри проводника электростатического поля нет (Е = 0), что справедливо для заряженного проводника и для незаряженного проводника, внесенного во внешнее электростатическое поле.
Почему? - т.к. существует явление электростатической индукции, т.е.
явление разделения зарядов в проводнике, внесенном в электростатическое поле, (Е – внешн.) с образованием нового электростатического поля (Е - внутр.) внутри проводника.
Внутри проводника, оба поля (Е – внешн. и Е - внутр.) компенсируют друг друга, тогда внутри проводника
Е = 0.
Заряды можно разделить:
Электростатическая защита
- металл. экран внутри которого, Е = 0, т.к. весь заряд будет сосредоточен на поверхности проводника.
Электрический заряд проводников
- весь статический заряд проводника расположен на его поверхности внутри проводника q = 0;
- справедливо для заряженных и незаряженных проводников в эл. поле.
Линии напряженности эл. поля в любой точке поверхности проводника перпендикулярны этой поверхности.
ДИЭЛЕКТРИКИ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ
Внутри диэлектрика может существовать электрическое поле!
Электрические свойства нейтральных атомов и молекул:
Нейтральный атом - положительный заряд (ядро) сосредоточен в центре;
- отрицательный заряд - электронная оболочка;
считается, что из-за большой скорости движения электронов по орбитам центр распределения отрицательного заряда совпадает с центром атома.
Молекула - чаще всего - это система ионов с зарядами противоположных знаков,
т.к. внешние электроны слабо связаны с ядрами и могут переходить к другим атомам.
Электрический диполь - молекула в целом нейтральная, но центры распределения
противоположных по знаку зарядов разнесены; рассматривается как совокупность двух точечных зарядов равных по модулю и противоположных по знаку,
находящихся внутри молекулы, на некотором расстоянии друг от друга.
Существуют 2 вида диэлектриков (различаются строением молекул):
1) полярные – молекулы, у которых центры положительного и отрицательного зарядов
не совпадают (спирт, вода и др.);
2) неполярные - атомы и молекулы, у которых центры распределения зарядов совпадают (инертные газы, кислород, водород, полиэтилен и др.).
ПОЛЯРИЗАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ
- смещение положительного и отрицательного зарядов в противоположные стороны, т.е. ориентация молекул.
Поляризация полярных диэлектриков
Диэлектрик вне эл. поля - в результате теплового движения электрические диполи ориентированы беспорядочно на поверхности и внутри диэлектрика.
q = 0 и E – внутр. = 0
Диэлектрик в однородном эл. поле - на диполи действуют силы, создают моменты сил и поворачивают диполи вдоль силовых линий эл. поля.
НО ориентация диполей - только частичная, т.к. мешает тепловое движение.
На поверхности диэлектрика возникают связанные заряды, а внутри диэлектрика заряды диполей компенсируют друг друга.
Таким образом, средний связанный заряд диэлектрика = 0.
Поляризация неполярных диэлектриков - тоже поляризуются в эл. поле: положительные и отрицательные заряды молекул смещаются, а
центры распределения зарядов, перестают совпадать (как диполи) на поверхности диэлектрика возникает связанный заряд, а внутри эл. поле лишь ослабляется.
Ослабление поля зависит от свойств диэлектрика.
Электростатическая защита — помещение приборов чувствительных к электрическому полю, внутрь замкнутой проводящей оболочки для экранирования от внешнего электрического поля.
Это явление связано с тем, что на поверхности проводника, (заряженного или незаряженного) помещённого во внешнее электрическое поле, заряды перераспределяются так (явление электрической индукции), что создаваемое ими внутри проводника поле полностью компенсирует внешнее.