Урок 5. Діелектрики в електричному полі

НА УРОЦІ  РОЗГЛЯНУЛИ

1. Діелектрики в електричному полі. 
 2. Поляризація  діелектриків. 
 3. Діелектрична проникність речовини. 
 4. Вплив  електричного поля на живі організми.

  ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

Підручник (К.): вивчити §5, опрацювати §15.

ГОТУЄМОСЯ ДО УРОКУ

Відеоматеріали >>>

1. Діелектрик або ізолятор складається з нейтральних атомів або молекул. Електрони і ядра в нейтральному атомі зв”язані між собою і не можуть переміщатися під дією поля по всьому об”єму тіла, як вільні заряди провідника. Всередині діелектрика може існувати електричне поле.

Розглянемо атом водню. Додатній заряд зосереджений в центрі атома. Електрон рухається навколо ядра з великою швидкістю: один оберт за 10 –15 с. Це дає підставу вважати, що центр розподілу від”ємного заряду припадає на середину атома, тобто збігається з додатньо зарядженим ядром.

Тепер розглянемо молекулу кухонної солі NaCl. Атом Na має один валентний електрон, слабо зв”язаний з атомом, а Cl – сім валентних електронів. Під час утворення молекули Cl захоплює валентний електрон Na. Обидва нейтральні атоми перетворились на систему з двох іонів протилежних знаків.

Центр розподілу додатнього заряду припадає на іон натрію, а від”ємного на іон хлора, тобто утворюється електричний диполь (твердий).

Електричним диполем наз. нейтральну в цілому систему двох однакових за модулем і протилежних за знаком точкових зарядів, що перебувають на де-якій відстані один від одного.

Отже, діелектрики можна поділити на такі види:

Неполярні – що складаються з атомів або молекул, у яких центри розподілу додатніх і від”ємних зарядів збігаються (інертні гази, кисень, водень).

Полярні – що складаються з молекул, у яких центри розподілу додатніх і від”ємних зарядів не збігаються (спирт, вода, сіль,…).

2. Поляризацією діелектрика називають зміщення додатніх і від”ємних зв”язаних зарядів діелектрика в протилежні боки під дією електричного поля.

В полярному діелектрику тепловий рух зумовлює хаотичну орієнтацію електричних диполів. На поверхні і в об”ємі діелектрика електричний заряд рівний нулю. І напруженість електричного поля рівна нулю.

Помістимо діелектрик в однорідне електричне поле (між двома металевими пластинами). З боку електричного поля на диполь буде діяти сила, яка прагне розвернути диполь вздовж силових ліній поля.

Біля додатньої пластини на поверхні діелектрика виникають від”ємні заряди диполів, а біля від”ємної – додатні. Тому на поверхні діелектрика виникає зв”язаний заряд. В об”ємі зв”язаний заряд рівний нулю.

В неполярному діелектрику під дією поля молекули деформуються і їх можна розглядати як пружні електричні диполі.

Отже, діелектрик, вміщений в електричне поле, поляризується.

Електричне поле поляризаційних зарядів завжди спрямоване назустріч зовнішньому полю, тому зовнішнє поле всередині діелектрика послаблюється (але не компенсується повністю, як у провідниках), а поблизу діелектрика поле спотворюється.

3. Зв”язаний заряд створює в діелектрику електричне поле Е1, що спрямоване проти напруженості зовнішнього поля зарядів на пластинах Е0. Через це поле всередині діелектрика послаблюється. Напруженість результуючого поля становить:

Е = Е0 – Е1.

Для характеристики електричних властивостей діелектрика вводять фізичну величину – діелектричну проникливість.

Діелектрична проникливість середовища – це фізична величина, що показує, у скільки разів модуль напруженості електричного поля Е всередині діелектрика менший за модуль напруженості поля Е0 у вакуумі:

Напруженість електричного поля точкового заряду або зарядженої кулі, які вміщені в однорідний діелектрик:

Закон Кулона для зарядів в однорідному діелектрику: