Провідники і діелектрики в електричному полі, це фізика
Речовина, внесена в електричне поле, може істотно змінити його. Це пов'язано з тим, що речовина складається з заряджених частинок. Під час відсутності зовнішнього поля частинки розподіляються всередині речовини так, що створюване ними електричне поле в середньому за обсягами, що включає велику кількість атомів або молекул, дорівнює нулю. При наявності зовнішнього поля відбувається перерозподіл заряджених частинок, і в речовині виникає власне електричне поле. Повний електричне поле складається відповідно до принципу суперпозиції з зовнішнього поля і внутрішнього поля, створюваного зарядженими частинками речовини.
Речовина різноманітне за своїми електричними властивостями. Найбільш широкі класи речовини становлять провідники і діелектрики.
Основна особливість провідників - наявність вільних зарядів (електронів), які беруть участь в тепловому русі і можуть переміщатися по всьому об'єму провідника. Типові провідники - метали.
Під час відсутності зовнішнього поля в будь-якому елементі обсягу провідника негативний вільний заряд компенсується позитивним зарядом іонної решітки. У провіднику, внесеному в електричне поле, відбувається перерозподіл вільних зарядів, в результаті чого на поверхні провідника виникають не компенсувати позитивні і негативні заряди (рис. 1.5.1). Цей процес називають електростатичною індукцією. а що з'явилися на поверхні провідника заряди - індукційними зарядами.
Індукційні заряди створюють своє власне поле, яке компенсує зовнішнє поле у всьому обсязі провідника:
Повний електростатичне поле усередині провідника дорівнює нулю, а потенціали у всіх точках однакові і рівні потенціалу на поверхні провідника.
Всі внутрішні області провідника, внесеного в електричне поле, залишаються електронейтральних. Якщо видалити певний обсяг, виділений всередині провідника, і утворити порожню порожнину, то електричне поле усередині порожнини дорівнюватиме нулю. На цьому заснована електростатичний захист - чутливі до електричного поля прилади для виключення впливу поля поміщають в металеві ящики (рис. 1.5.2).
Електростатичний захист. Поле в металевій порожнини дорівнює нулю
Так як поверхня провідника є еквіпотенційної, силові лінії біля поверхні повинні бути перпендикулярні до неї.
На відміну від провідників, в діелектриках (ізоляторах) немає вільних електричних зарядів. Вони складаються з нейтральних атомів або молекул. Заряджені частинки в нейтральному атомі пов'язані один з одним і не можуть переміщатися під дією електричного поля по всьому об'єму діелектрика.
При внесенні діелектрика в зовнішнє електричне поле в ньому виникає певний перерозподіл зарядів, що входять до складу атомів або молекул. В результаті такого перерозподілу на поверхні діелектричного зразка з'являються надлишкові нескомпенсовані пов'язані заряди. Все заряджені частинки, що утворюють макроскопічні пов'язані заряди, як і раніше входять до складу своїх атомів.
Пов'язані заряди створюють електричне поле яке всередині діелектрика направлено протилежно вектору напруженості зовнішнього поля. Цей процес називається поляризацією діелектрика. В результаті повне електричне поле всередині діелектрика виявляється по модулю менше зовнішнього поля
Фізична величина, що дорівнює відношенню модуля напряженностівнешнего електричного поля в вакуумі до модуля напряженностіполного поля в однорідному діелектрику, називаетсядіелектріческой проніцаемостьювещества.
Існує кілька механізмів поляризації діелектриків. Основними з них є орієнтаційна і електронна поляризації. Ці механізми проявляються головним чином при поляризації газоподібних і рідких діелектриків.
Орієнтаційна або дипольна поляризація виникає в разі полярних діелектриків. що складаються з молекул, у яких центри розподілу позитивних і негативних зарядів не збігаються. Такі молекули являють собою мікроскопічні електричні диполі - нейтральну сукупність двох зарядів, рівних по модулю і протилежні за знаком, розташованих на деякій відстані один від одного. Дипольниммоментом володіє, наприклад, молекула води, а також молекули ряду інших діелектриків (H2 S, NO2 і т. Д.).
При відсутності зовнішнього електричного поля осі молекулярних диполів через теплового руху орієнтовані хаотично, так що на поверхні діелектрика і в будь-якому елементі обсягу електричний заряд в середньому дорівнює нулю.
При внесенні діелектрика в зовнішнє поле виникає часткова орієнтація молекулярних диполів. В результаті на поверхні діелектрика з'являються нескомпенсовані макроскопічні пов'язані заряди, що створюють поле спрямоване назустріч зовнішньому полю (рис. 1.5.3).
