Вопрос 15. Проводники в электростатическом поле. Электростатическая индукция

Проводниками называют вещества, способные проводить электрический ток. Для того, что бы вещество являлось проводником, оно должно содержать заряженные частицы, способные достаточно свободно передвигаться по объему проводника. Типичным представителем проводников являются металлы, носителями ЭЗ в них являются свободные электроны. При помещении металла в ЭП  на свободные электроны действуют электрич. силы, под действием к-рых электроны приходят в движение. Если ЭП не слишком велико, то электроны не могут покинуть объем металла и скапливаются на одной стороне проводника ( рис .7), с другой стороны проводника образуется недостаток электронов, поэтому положительный заряд ионов решетки оказывается нескомпенсированным. Таким образом, на поверхности проводника появляются ЭЗ, при этом суммарный ЭЗ проводника остается неизменным.

Явление возникновения электрич. зарядов на поверхности проводника под воздействием приложенного электрич. поля называется электростатической индукцией, а возникшие заряды – индуцированными. В условиях внешнего поля устанавливается равновесие между разделёнными на поверхностях проводника положит. и отрицат. ЭЗ. Отметим, что напряжённость электрического поля внутри проводника равна нулю:  поск-ку между зарядами на поверхности внутри проводника также возникает поле обратного направления по отношению к внешнему. Напряжённостью этого поля и уравновешивается приложенное поле. Важно, что условия равновесия не изменяются, если проводнику сообщить избыточный ЭЗ, к-рый также перераспределится по поверхности проводника и также будет создавать в пространстве вокруг проводника ЭП.

Вопрос №16. Ёмкость. Конденсаторы. Электрическое поле в плоском конденсаторе. Плотность энергии электрического поля.

Ёмкость. Итак, проводники обладают свойством накапливать избыточный ЭЗ. Естественно, что такой заряд ( напр-р, величины Q) создаёт в окружающем пространстве ЭП и его характеризуют потенциалом φ. Известно, что потенциал прямо пропорционален ЭЗ, однако, разные проводники с одинаковым зарядом Q могут иметь различный потенциал. Для уединенного проводника формально записывают  и величину С называют ёмкостью.

физический смысл этой величины определяют как заряд, сообщение к-рого проводнику изменяет его потенциал на единицу  здесь приращение потенциала). Емкость не зависит от заряда проводника и его потенциала, от материала и формы проводника, и единицей измерения имеет фарад (Ф) - на практике используются дольные единицы.

На практике используются такие устройства как конденсаторы - 2 проводящих поверхности - обкладки на расстоянии d  с площадью S (рис. 8). Из-за ЭС индукции на ближайшей поверхности обкладки создается заряд противоположного знака, к-рый понижает потенциал другой обкладки, создавая возможность повышения итоговой ёмкости:  Здесь потенциалы обкладок, а величина   разность потенциалов на обкладках. Особенностью конденсатора является то, что ЭСП между обкладками м-но считать однородным , и поэтому разность потенциалов связана с напряжённостью линейно  здесь   (Е ₁, Е ₂ - напряжённости между обкладками, создаваемые ЭЗ каждой из пластин). Формула для величины ёмкости плоского конденсатора в зависимости от его геометрических размеров получается на основе определения ёмкости конденсатора

Вопрос №17. Поляризация в диэлектриках. Полярные и неполярные диэлектрики.

Вторая большая группа веществ, различаемых по их электрич. свойствам ¾ диэлектрики (изоляторы, известные как вещества, не проводящие электрич. ток). К диэлектрикам относятся различные виды пластмасс, стекол, керамики, кристаллы солей, сухая древесина, многие чистые жидкости (дистиллированная вода, масла, бензины), газы, помещённые в не очень сильных внешних полях.

Поскольку вещество состоит из электрич. заряжённых частиц, то все материалы взаимодействуют с ЭП. В диэлектрике электроны в «свободном состоянии», составляющие электронный газ в проводнике, практически отсутствуют, поэтому приложение поля не приводит к разделению зарядов. Все заряжённые частицы, образующие данное непроводящее вещество, связаны между собой (находятся внутри атомов или молекул) и не способны передвигаться по объёму тела.

 Диэлектрики полярные, неполярные.
В настоящее время принято разделение линейных диэлектриков по механизмам поляризации молекул. Неполярные диэлектрики (нейтральные) — состоят из неполярных молекул, у которых центры тяжести положительного и отрицательного зарядов совпадают. Следовательно неполярные молекулы не обладают электрическим моментом и их электрический момент p = q • l = 0. Примером практически неполярных диэлектриков, применяемых в качестве электроизоляционных материалов, являются углеводороды, нефтяные электроизоляционные масла, полиэтилен, полистирол и др.
Полярные диэлектрики (дипольные) — состоят из полярных молекул, обладающих электрическим моментом. В таких молекулах из-за их асимметричного строения центры масс положительных и отрицательных зарядов не совпадают. При замещении в неполярных полимерах некоторой части водородных атомов другими атомами или не углеводородными радикалами получаются полярные вещества. При определении полярности вещества по химической формуле следует учитывать пространственное строение молекул. К полярным диэлектрикам относятся феноло-формальдегидные и эпоксидные смолы, кремнийорганические соединения, хлорированные углеводороды и др.

Вопрос №18. Сила и плотность электрического тока. Условия существования электрического тока. ЭДС и напряжение.