Урок на тему "Діелектрики в електричному полі."

Урок з фізики 11 клас

Учитель Серьогіна Л. В.

КЗШ № 117

Тема:  Діелектрики в електричному полі.

Мета:  Дати порівняльну характеристику електричних властивостей діелектриків і провідників в електричному полі. Пояснити фізичну природу поляризації діелектриків і вплив діелектричного середовища на електричну взаємодію.

При вивченні нової теми розвивати уміння аналізувати і узагальнювати одержані знання.

Поляризація діелектриків є слідством наявності в них зв'язаних електричних зарядів. Дуже важливо навчити учнів встановлювати характерні властивості речовин залежно від їх будови, тобто навчити встановлювати причинно - слідчі зв'язки.

Хід уроку

I. Актуалізація опорних знань.

II. Мотивація пізнавальної діяльності учнів.

III. Вивчення нового матеріалу.

IV. Закріплення матеріалу.

V. Домашнє завдання.

VI. Підсумок уроку.

I. Актуалізація опорних знань.

1. Фронтальне опитування учнів.

• У чому полягає явище електростатичної індукції?
• За рахунок якої енергії виходить розділення електричних зарядів в процесі електростатичної індукції?
• Як можна захистити прилади, пристрої і людей від шкідливого впливу зовнішніх електричних полів?

II. Мотивація пізнавальної діяльності учнів.

Без діелектриків, так само як і без провідників, неможливе існування електро- і радіотехніки. Ізолятори застосовуються в пристрої повітряних і кабельних ліній електричних передач, генераторів, моторів, трансформаторів, будь – яких споживачів електричної енергії, в електровимірювальних приладах, і т.п. Знання електричних властивостей діелектриків необхідне кожній людині незалежно від його спеціальності і роду роботи.

III. Вивчення нового матеріалу

При вивченні теми «Провідники в електричному полі» ми з'ясували, що при внесенні провідника в електричне поле спостерігається його електризація. А як поводитиметься діелектрик в електричному полі?

Встановимо на вістря стрижень з сухого дерева або іншого непровідного матеріалу і наблизимо до нього заряджену кулю (мал. 1). Стрижень обернеться і встановиться таким чином, що його вісь виявиться направленою до центру кулі. Це означає, що на найближчому до кулі кінці стрижня з'явився заряд, протилежний по знаку заряду кулі, а на віддаленому кінці - заряд того ж знаку, який є на кулі.

Як це відбулося? Адже в непровідному матеріалі вільних зарядів, які могли б переміститися з одного кінця на іншій, нема.

Усередині атомів і молекул діелектриків негативно і позитивно заряджені частинки зв'язані між собою електричними силами, але не абсолютно жорстко, а можуть певною мірою зміщуватися під дією прикладених до них сил.

З курсу хімії ви знаєте, що молекули по розташуванню в них електричних зарядів можна розділити на дві групи: неполярні і полярні.

Процес зміщення зарядів в діелектрику, поміщеному в полі, називається поляризацією, а сам діелектрик в цьому стані - поляризованим.

Поляризація діелектрика нагадує електризацію провідника через вплив. Проте між цими явищами існує   глибока   відмінність.

У провідниках електризація обумовлюється наявністю в них вільних зарядів, які можуть пересуватися по всьому об’єму провідника. Роз'єднавши в електричному полі провідник на дві частини, ми можемо відокремити індуковані заряди один від одного. При цьому обидві половинки залишаться зарядженими навіть після усунення електричного поля.

Інакше йде справа у разі діелектрика (електрони не можуть вільно переміщатися, а можуть тільки зміщуватися в межах молекули). Якщо розділити поляризований діелектрик в електричному полі на дві частини, то кожна частина буде перебувати як і раніше з нейтральних в цілому молекул і повний її заряд теж буде рівний нулю. Проте на кінцях кожної з частин діелектрика заряди будуть обох знаків - на одній стороні позитивні, на іншій - негативні. Заряди, що з'являються на поверхнях поляризованого діелектрика, називаються зв'язаними зарядами.

При усуненні зовнішнього поля тимчасова орієнтація молекул в результаті їх теплового руху порушується і поляризаційні заряди зникають. Електричне поле поляризованих зарядів завжди направлене назустріч зовнішньому полю, тому зовнішнє поле усередині діелектрика ослаблюється (але не компенсується повністю, як буває у разі, коли в зовнішнє електричне поле внесений провідник), а поблизу діелектрика поле спотворюється.

Ступінь полярізуємості речовини характеризується особливою величиною, яка називається діелектричною проникністю речовин.

Діелектрична проникність показує, в скільки разів напруженість поля даних зарядів в діелектрику (однорідному) буде менша, ніж у вакуумі.

У практиці діелектричну проникність повітря приймають за одиницю.

Якщо два точкові заряди знаходяться в діелектрику, то напруженість поля, що створюється кожним із зарядів в точці, де знаходиться інший заряд, зменшується в ε раз. Тобто, і сила, з якою ці заряди взаємодіють між собою, також в ε раз менше.   Тому закон Кулона для зарядів, поміщених в діелектрик, виражається формулою:

Електрети - діелектрики, що тривалий час зберігають поляризацію після усунення зовнішнього електричного поля (електричний аналог постійного магніта). Застосовуються в мікрофонах і телефонах. Скло, ебоніт, полімери.

Сегнетоелектрики - діелектрики, що володіють дуже великою діелектричною проникністю (>10000).

П'єзоелектричний ефект - виникнення поляризаційних зарядів при деформації кристала і навпаки. Відкритий в 1880г. Ж. Кюрі і П. Кюрі. Застосовується в мікрофонах, телефонах для  вимірювання тиску і механічної напруги, гідролокаторах, електропрогравачах і т.п. 

IV. Закріплення матеріалу

• Демонстрація за допомогою ПК «Діелектрики в електричному полі».
• Самостійна робота учнів з підручником.
• Робота в парах (відповісти один одному на поставлені питання).

V. Домашнє завдання

Вивчити §5

VI. Підсумок уроку