Презентація. "Провідники в електричному полі. Електростатичний захист"

Самостійна робота №4: Провідники в електричному полі. Електростатичний захист. Викладач Крісан Є. А.

Мета: набуття та систематизація знань. План. Поняття провідника. Його типи. Провідники першого та другого родів. Прилади для вимірювання електричного опору. Поняття електростатичної індукції. Наведені або індуковані заряди. Поняття електростатичного захисту та фізична властивість провідників на якій він заснований.

1. Поняття провідника. Його типи. Електропровідність — здатність речовини проводити електричний струм. В залежності від електропровідності, матеріали бувають: Провідники - матеріал, що добре проводить світло або електрику. Для провідника характерні високі тепло- або електропровідність. Найчастіше провідник є речовиною, яка має багато вільних електронів(метали).  Вуглець — єдиний неметал, що є (у деяких формах) провідником тепла й електрики. Напівпровідники - матеріали, електропровідність яких має проміжне значення між провідностями провідника та діелектрика. Відрізняються від провідників сильною залежністю питомої провідності від концентрації домішок, температури та різних видів випромінювання. Діелектрики - речовина, що погано проводить електричний струм. Електричні властивості діелектриків визначаються їх здатністю до поляризації в зовнішньому електричному полі. Розрізняють два основних види електричної провідності: електронну та іонну. Відповідно до цього провідники поділяють на дві групи: першого і другого роду.

2. Провідники першого та другого родів. До провідників першого роду належать усі метали, їх карбіди і нітриди, графіт, йод і деякі оксиди. Характерною особливістю провідників першого роду є те, що їх електрична провідність пов'язана з переміщенням електронів і при проходженні струму в них не відбувається помітних змін. У провідниках другого роду (електролітах) проходження струму відбувається завдяки переміщенню іонів, які утворюються в результаті іонізації молекул електролітів. Найбільш типовими провідниками другого роду є розчини і розплави солей, кислот і підстав. Електрична провідність провідників другого роду значно менше, ніж провідників першого роду. Це пов'язано з тим, що швидкість руху іонів в розчинах менше в порівнянні зі швидкістю руху електронів в металах. Визначення електричної провідності провідників другого роду (кондуктометрія) практично зводиться до вимірювання опору певної верстви розчину електроліту, який знаходиться між двома електродами. При цьому використовують змінний струм, тому що вимір за допомогою постійного струму неможливо через поляризації електродів, зміни концентрації іонів електроліту, а також виділення продуктів електролізу на електродах. Опір розчинів електродів електролітів визначають приладами, в основі яких лежить місток Кольрауша. Вимірювання проводять в спеціальних електродних посудинах (кондуктометричних комірчині), які мають найрізноманітнішу форму. Для вимірювання опору використовують відповідні прилади - кондуктометри або реохордние містки.

3. Прилади для вимірювання електричного опоруа) омметрб) цифровий омметрв) мегомметр

4. Поняття електростатичної індукції. Наведені або індуковані заряди. Під час відсутності зовнішнього поля в будь-якому елементі об'єму провідника негативний вільний заряд компенсується позитивним зарядом іонної гратки. У провіднику, внесеному в електричне поле, відбувається перерозподіл вільних зарядів, в результаті чого на поверхні провідника виникають нескомпенсовані позитивні і негативні заряди. Цей процес називають електростатичною індукцією, а заряди, що з'явилися на поверхні провідника - індукційними зарядами. При внесенні незарядженого провідника в зовнішнє електростатичне поле вільні заряди почнуть переміщатися: позитивні - по полю, негативні – проти поля. Тоді з однієї сторони провідника будуть накопичуватися позитивні, а з іншого негативні заряди. Ці заряди називаються індукованими. Процес перерозподілу зарядів буде відбуватися доти, поки напруженість усередині провідника не стане рівною нулю, а лінії напруженості поза провідником перпендикулярні його поверхні. Індуковані заряди з'являються на провіднику внаслідок зсуву, тобто є поверхневою густиною зміщених зарядів. На заряд у суцільному середовищі з боку інших зарядів діють сили відмінні від сил у вакуумі. Причиною цього є поляризація середовища. Будь-який матеріал складається із електронів і йонів, які під дією зовнішнього поля зміщуються. В результаті ці наведені заряди створюють свої поля, згідно з принципом Лешательє-Брауна, реакція будь-якої системи на зовнішній влив намагається зменшити ефект цього впливу. Електричне поле, яке діє на пробний заряд з боку інших зовнішніх зарядів менше, ніж у випадку відсутності середовища. Напруженість електричного поля, розрахована без врахування наведених зарядів і поляризації, й називається вектором електричної індукції. В системі СІ вектор електричної індукції визначений із іншою розмірністю, ніж розмірність напруженості електричного поля, а тому результат розрахунку потрібно ще помножити на діелектричну проникність вакууму.

5. Поняття електростатичного захисту та фізична властивість провідників на якій він заснований. Електростатичне поле — поле, створене нерухомими в просторі і незмінними в часі електричними зарядами (при відсутності електричних струмів). Всі внутрішні ділянки провідника, внесеного в електричне поле, залишаються електронейтральними. Якщо видалити деякий об’єм, виділений всередині провідника, і утворити порожнину, то електричне поле всередині порожнини буде дорівнювати нулю. На цьому ґрунтується електростатичний захист - чутливі до електричного поля прилади для ізоляція від електростатичного поля поміщають в металеві корпуси. Електростатична властивість металевих провідників: у металах вільними носіями електричного заряду є електрони провідності, які в металі здійснюють безладний тепловий рух, а за наявності електричного поля можуть створювати електричний струм в будь-якому напрямку.

Питання щодо теми: Що таке провідник? Назвіть види електричної провідності. Наведіть приклади провідників першого та другого роду. Електрична провідність провідників якого роду більша?Назвіть прилади для вимірювання електричного опору. Поняття електростатичної індукції. При внесенні незарядженого провідника в зовнішнє електростатичне поле, як почнуть переміщатися вільні заряди?Що таке вектор електричної індукції?На чому ґрунтується електростатичний захист?Яка електростатична властивість металевих провідників?