Электростатическая индукция в проводниках

Действие электрического поля распро­страняется на все вещественные объекты: от макроскопических тел, с которыми мы име­ем дело в повседневной жизни, и до мель­чайших частиц, входящих в состав вещест­ва,— электронов, протонов, ионов. Собст­венно взаимодействие этих частичек с электрическим полем определяет электри­ческие свойства вещества в целом.

Электрические свойства физи­ческих тел определяются элект­ронами, протонами и ионами.

Рассмотрим взаимодействие электричес­кого поля с наиболее распространенным классом проводников — металлами.

Возьмем два металлических цилиндра и каждый из них соединим со стержнем за­земленного электрометра. Расположим цилин­дры между параллельными металлическими пластинами так, чтобы они, касаясь друг друга, образовывали единое тело (рис. 4.37) Как только пластинам сообщим заряды, стрелки электрометров отклонятся и засви­детельствуют появление зарядов на цилин­драх. Если разрядить пластины, то исчезнут заряды и на цилиндрах. Таким образом, возникновение зарядов на цилиндрах свя­зано с действием электрического поля.

Явление возникновения зарядов на провод­никах в электрическом поле называют элект­ростатической индукцией.

Электростатическая индукция открыта не­мецким физиком Й. К. Вильке в 1757 г.

Рис. 4.37. Металлический проводник в электрическом поле

Рис. 4.38. Две части металлического про­водника имеют электрические заряды

Повторим предыдущий опыт, но после этого разъединим цилиндры и разрядим пла­стины. Электрометры покажут наличие за­рядов у каждого из цилиндров (рис. 4.38). Исследование зарядов на цилиндрах с по­мощью эбонитовой палочки, потертой ме­хом, покажет, что цилиндры заряжены раз­ноименно.

Явление электростатической индукции можно объяснить на основании электрон­ных представлений.

Металлический проводник имеет крис­таллическую структуру. В узлах кристалли­ческой решетки находятся положительные ионы металла, а между ними — электрон­ный газ. Это — совокупность большого ко­личества электронов, практически не свя­занных с атомами и пребывающих в не­прерывном тепловом движении.

В незаряженном теле общий заряд элект­ронов равняется заряду всех ионов. Поэто­му в обычных условиях каждый проводник электрически нейтральный.

Рис. 4.39. Электростатическая индукция

Если внесем проводник в электрическое поле между двумя разноименно заряженными пластинами, то под действием электричес­кого поля свободные электроны сместятся, а положительные ионы останутся в предыду­щем положении. На одном конце проводника будет излишек электронов, а на другом — их недостаток (рис. 4.39). Разделенные заряжен­ные частицы будут иметь собственное элект­рическое поле, напряженность которого E’ будет иметь направление, противоположное направлению напряженности поля заряжен­ных пластин. Модуль напряженности «внутреннего» поля E’ будет равняться модулю напряженности внешнего поля E₀. В соот­ветствии с принципом суперпозиции суммар­ная напряженность электрического поля внут­ри проводника будет равняться нулю:

E₀ — Е’ = 0.

Если проводник состоит из двух частей, как в описанном выше опыте, то их можно разделить и вынести из электрического поля. Одна часть будет иметь излишек электро­нов, а другая — излишек ионов. То есть, каж­дая часть проводника будет иметь электри­ческий заряд.

Рис. 4.40. Взаимодействие металличес­кого шара с наэлектризованной палоч­кой

Подобное явление наблюдается при элект­ризации тел в электрическом поле. Если к шарику, предварительно не заряженному, поднести заряженную палочку, то шарик начнет притягиваться к палочке. Это мож­но объяснить тем, что под действием (рис. 4.40) электрического поля заряженной палочки в шарике произойдет перераспре­деление заряженных частиц таким образом, что на части, более близкой к палочке, будет излишек заряженных частиц, знак ко­торых противоположный знаку заряда па­лочки. Поэтому весь шарик начнет двигаться к палочке. Материал с сайта http://worldof.school

Рис. 4.41. Электростатический экран

Итак, если говорят, что заряженные тела притягивают незаряженные, то имеют в виду состояние их электризации перед опытом. На­блюдаемое же взаимодействие вызвано элект­ризацией незаряженного тела в электрическом поле. Лишь элементарная частичка нейтрон, которая входит в состав ядра атома и не имеет электрического заряда, не взаимодействует с электрическим полем. Взаимодействие нейт­рона с протонами в ядре имеет совсем иную, не электрическую природу.

Следствия явления электростатической ин­дукции используют при изготовлении экранов, которые защищают тела от действия электрических полей (рис. 4.41). Металли­ческие заземленные экраны применяют в лабораториях для защиты исследователей при проведении опытов с применением высоких напряжений. Металлическими экранами от­деляют от нежелательного взаимного влия­ния различные детали радиоэлектронных при­боров, если они находятся близко друг к другу.

На этой странице материал по темам:

• Доклад на тему электрофорная машина кратко

• Формула электростатической индукции

• Электростатическая индукция в проводниках

• Електростатична індукція конспект

• Опишите процессы происходящие в проводниках при помещении

Вопросы по этому материалу:

• Что происходит при внесении проводника в электрическое поле?

• Какое явление называют электростатической индукцией?

• Как объяснить явление электростатической индукции на осно­вании электронных представлений?

• Как зарядить два тела разноименно, не прикасаясь к ним за­ряженным телом?

• Почему в проводнике напряженность электрического поля равна нулю?

• Для чего применяют металлические экраны?