Что происходит внутри проводника, помещенного в электрическое поле? Как называется это явление?
явление называется ПОЛЯРИЗАЦИЯ. происходит смещение зарядов.
Остальные ответы
Внесем пластину проводника в электрическое поле, назовем это поле внешним.
Под действием внешнего поля свободные электроны, имеющиеся в пластине, начнут перемещаться и в огромном количестве соберутся у левой поверхности пластины.
В результате на левой поверхности будет отрицательный заряд, а на правой поверхности будет заряд положительный. Между этими зарядами возникнет свое электрическое поле, которое назовём внутренним. Внутри пластины одновременно будут два электрических поля- внешнее и внутреннее, противоположные по направлению. Вначале действие внешнего поля будет сильнее, чем внутреннего. Это приведёт к усилению внутреннего электрического поля. Затем наступает момент, когда напряжённости внешнего и внутреннего электрических полей внутри проводника становятся одинаковыми по величине. При этом их действия уравновешиваются и результирующее поле внутри проводника становится равным нулю. Значит справа от пластины внешнего электрического поля не будет. Из вышеуказанного следует, что если деталь надо защитить от электрических полей, нужно эту деталь окружить проводником, который называется экраном. В радиоаппаратуре экраны делаются из алюминия. Описанный процесс протекает практически мгновенно, поэтому считают, что электрическое поле внутри проводника, помещённого во внешнее электрическое поле, отсутствует:
Ε = Евнешн — Евнутр = 0
Похожие вопросы
почему внутри проводника, помещенного в электрическое поле, отсутствует поле?
В проводнике под действием внешнего электрического поля происходит разделение зарядов, что приводит к появлению поля внутри проводника, равного и противоположного внешнему. Суммарно с внешним дает ноль
Остальные ответы
эффект электростатического экранирования
поверхность проводника как экран
На поверхности проводника индуцируются заряды противоположного знака внешнему полю, которые создают внутри проводника поле напряжённостью, равной напряжённости внешнего поля. В результате суперпозиции этих полей напряжённость внутри проводника равна нулю, т. е. поля просто нет.
Следовательно, нейтральный проводник, внесенный в электрическое поле разрывает часть линий напряженности – они заканчиваются на отрицательных индуцирован-ных зарядах и вновь начинаются на положительных. Индуцированные заряды распределяются по внешней поверхности провод-ника. Если внутри проводника имеется полость, то при равновесном распределении индуцированных зарядов поле внутри нее также обращается в нуль.
Проводники в электростатическом поле
В проводниках, к которым в первую очередь относятся металлы, имеются заряженные частицы, способные перемещаться внутри проводника под влиянием электрического поля. По этой причине заряды этих частиц называют свободными зарядами. Например, при замыкании медным стержнем заряженного электроскопа с незаряженным заряды протекают с одного электрода на другой. Если один конец проводника соединить с заряженным электроскопом, а другой поднести в пламя, то заряды стекают по проводнику.
В металлах носителями свободных зарядов являются электроны. При образовании металла его нейтральные атомы начинают взаимодействовать друг с другом. Благодаря этому взаимодействию электроны внешних оболочек атомов полностью утрачивают связи со своими атомами и становятся «собственностью» всего проводника в целом.
В результате образовавшиеся положительно заряженные ионы оказываются окруженными отрицательно заряженным «газом», образованным коллективизированными электронами. Свободные электроны участвуют в тепловом движении и могут перемещаться по куску металла в любом направлении. Приведем пример, рассмотрев строение атома натрия – металла. На последнем энергетическом уровне находится один электрон. Десять электронов, которые находятся на внутренних энергетических уровнях, отталкивает одиннадцатый электрон, который находится на внешнем энергетическом уровне. Последний электрон отрывается от ядра и становится свободным. Наличие в проводнике свободных зарядов приводит к тому, что внутри проводника электростатического поля нет. На этом факте основана электростатическая защита: чтобы защитить чувствительные к электрическому полю приборы, их помещают в металлические ящики. Внутри проводника при равновесии зарядов не только напряженность поля равна нулю, равен нулю и заряд. Весь статический заряд проводника сосредоточен на его поверхности. А линии напряженности электрического поля в любой точке поверхности проводника перпендикулярны этой поверхности. Этот вывод справедлив как для заряженных проводников, так и для незаряженных. Опишем эксперимент, в котором данное утверждение можно продемонстрировать. На изолирующем штативе устанавливают металлический стержень высотой 25-30 см, к нему в два «этажа» прикреплены бумажные полоски. Присоединив стержень к высоковольтному выпрямителю, электризуют его и наблюдают отклонение листочков от обоих «этажей». Взяв демонстрационный цилиндр Фарадея за изолирующую ручку, надевают его на стержень. Вновь электризуют стержень и замечают, что листочки на боковой поверхности цилиндра и на внешней части стержня расходятся. Из опыта непосредственно видно, что электрические заряды располагаются на поверхности проводника. Так как электрические заряды находятся только на поверхности проводника и отсутствуют внутри его, то происходит полная передача электрического заряда одного проводника другому при контакте.
В электрическом поле электроны внешних уровней отрываются от своих атомов, становятся «свободными» частицами и перемещаются полем. Перераспределение заряженных частиц внутри вещества приводит к появлению внутреннего индуцированного электрического поля, которое полностью компенсирует внешнее поле; напряженность электрического поля внутри проводника обращается в 0. Говорят, что поле «не проникает» внутрь проводника. Рассмотрим случай, когда в электрическое поле вносят незаряженный проводник. Если до внесения проводника поле было однородным, то после внесения наведенные заряды под действием сил электрического поля располагаются на поверхности проводника и оказываются в равновесии. Равновесие зарядов возможно лишь в том случае, если линии напряженности перпендикулярны к его поверхности. После зарядки проводника избыточные одноименные заряды в силу отталкивания будут удаляться друг от друга и расположатся на внешней поверхности проводника. Движение зарядов прекратится, когда наступит их равновесие. Линии напряженности направлены нормально к поверхности проводника. Отрицательные и положительные заряды, возникшие на концах проводника, помещенного в электростатическое поле, называются наведенными зарядами, а само явление подобной электризации называется электростатической индукцией.
Рассмотрим практически вышеизложенный материал. Имеется полая проводящая незаряженная сфера, внутрь которой помещен положительно заряженный шарик. 1) Где будут существовать электрические поля? Вокруг положительно заряженного шарика есть электрическое поле, которое действует на сферу. Сфера заряжается, и вокруг нее тоже возникает электрическое поле. Поле будет существовать внутри и вне сферы 2) Будут ли появляться заряды на сфере? Электрическое поле положительно заряженного шарика влияет на то, что на внутренней поверхности полой сферы будет сконцентрирован отрицательный заряд. Следовательно, на внешней поверхности будет положительный заряд. 3) Будет ли меняться поле внутри и вне сферы, если перемещать шарик, если шарик оставить неподвижным, а снаружи к сфере поднести заряженное тело? Вблизи заряженного тела электрическое поле имеет большую напряженность и если передвигать заряд внутри полости сферы, то там будет меняться и напряженность поля соответственно передвижению заряда. Если поднести снаружи заряженное тело, то значит, мы вносим и электрическое поле этого тела, что приведет к тому, что вне сферы электрическое поле изменится. Распределение заряда на проводнике переменной кривизны неравномерное: напряженность поля и поверхностная плотность зарядов достигает большой величины в местах большой кривизны (выступы, заострения). Одноименные с зарядом острия ионы воздуха устремляются прочь от него (электрический ветер). Уменьшение заряда на острие вследствие его частичной нейтрализации его ионами воздуха называют истечением заряда с острия. Практическим приложением изучения вопроса о проводниках в электрическом поле является экранирование пространства от электрических полей – электростатическая защита.
Распределение зарядов в полом проводнике будет таким же, как и в сплошном. Напряженность поля в толще оставшейся части металла и внутри полости будет равна нулю. По этой причине полый металлический проводник экранирует электрическое поле внешних зарядов. Этим и широко пользуются на практике для устройства электростатической защиты. Отсутствие поля внутри полости проводника можно также показать с помощью гибкой сетки, свернув ее в кольцо. Прикрепленные к сетке одноименно заряженные лёгкие листочки будут отталкиваться только от наружной поверхности. На внутренней поверхности кольца листочки опадут. Клетка Фарадея – устройство, изобретенное Майклом Фарадеем в 1836 году для экранирования аппаратуры от внешних электромагнитных полей. Электростатическая защита – помещение приборов, чувствительных к электрическому полю, внутрь замкнутой проводящей оболочки для экранирования от внешнего электрического поля. Рассмотрим еще некоторые случаи, где знание о свойствах проводников получило важное применение. Первые опыты применения бездымного пороха для винтовочных патронов были связаны с большими неудобствами. Во время взвешивания его зерна «прилипали» к рукам, совочку, весам, мерке, что крайне затрудняло работу. Тогда было предложено графитование (поверхность зерен пороха покрывалось графитом). После этого порох переставал прилипать ко всем предметам. Причина прилипания зерен бездымного пороха заключается в его электризации при трении о предметы. Графит – проводник; поэтому графитование дало возможность разряжать зерна пороха.
Другой пример. На столе, на изоляторе стоит заряженный электрометр. Чтобы разрядить прибор ученик коснулся рукой его шарика и увидел, что стрелка отклонилась на больший угол, вместо того, чтобы приблизиться к стержню. Произошло это потому, что заряд был сообщён не стержню, а корпусу электрометра.
Остались вопросы по теме? Наши педагоги готовы помочь!
- Подготовим к ЕГЭ, ОГЭ и другим экзаменам
- Найдём слабые места по предмету и разберём ошибки
- Повысим успеваемость по школьным предметам
- Поможем подготовиться к поступлению в любой ВУЗ
Что происходит с проводниками в электростатическом поле
Если полюса батарейки сомкнуть проволокой из металла, то по ней начнёт двигаться электрический ток. Если же поменять проволоку на палочку из стекла, то никакого электротока не появится. Металл считается проводником, а стекло — диэлектриком.
Особенности проводников
Проводники различаются с диэлектриками присутствием свободных электрозарядов, другими словами, заряженных элементов, местоположение которых не взаимосвязано с какой-либо точкой внутри вещества. Свободные электрозаряды начинают перемещение под воздействием электрополя. Они способны передвигаться по всему объёму проводящего материала.
Проводники в электростатическом поле — это, во-первых, металлы. В них свободными зарядами считаются электроны. Как же они там появляются? Это отличительная черта металлической связи. На самом деле, валентный электрон, который находится на внешней электронной оболочке атома металла, не очень прочно связан с атомом. При взаимодействии атомов металла их валентные электроны вылетают из собственных оболочек и распространяются по пространству металла. В узелках кристаллической решётки сохраняются положительные ионы. Можно подумать, что они тоже разлетаются под воздействием кулоновских сил. Однако пространство между ионами заполнено «газом» свободных электронов. Он, как склеивающая материя, удерживает всю кристаллическую решётку.
Об электролитах
Также к проводящим веществам относят электролиты — растворы и расплавы, свободные заряды в которых появляются в итоге диссоциации молекул на положительные и отрицательные ионы. Например, если добавить в стакан с водой немного поваренной соли, то молекулы соли распадутся на ионы. Под воздействием электрополя они начнут упорядоченно двигаться, в результате появится электроток.
Природная вода, в том числе и несолёная, считается проводящим материалом по причине нерастворённых в ней солей. Однако, это уже не такое качественное проводящее вещество, как металлы. Тело человека в большинстве своём содержит воду, а в ней растворены соли. Поэтому человек также является проводником электрического тока.
По причине присутствия свободных электрозарядов, которые способны двигаться по всему объекту, свойства проводников помещенных во внешнее электростатическое поле проявляются одинаково.
Поле внутри проводника
Первым схожим качеством проводников является то, что напряжённость внутри проводника, находящегося в электростатическом поле, равна нулю.
Это можно доказать от противного — тем же методом, что и в математике. Допустим, что проводник помещен в электростатическое поле. Под его воздействием статический заряд проводника меняет поведение: электроны и ионы начинают двигаться в определённом направлении. Появляется электрический ток, что не соотносится с законами электростатики.
Это может не дать чёткого ответа на вопрос, по какой причине обнуляется поле внутри проводника. Поэтому рассмотрим данный вопрос подробнее.
Почему обнуляется поле внутри проводника
Проанализируем незаряженный проводник, когда он находится во внешнем электростатическом пространстве. Будем считать, что это поле однородное.
Весь статический заряд накапливается в проводнике в определённых местах. Под воздействием электрополя свободные электроны перемещаются в его левое полушарие, заряженное отрицательно. Справа сохраняется нескомпенсированный положительный заряд. Такая электризация именуется электростатической индукцией: электрозаряды на поверхности находятся под воздействием электростатического поля. Стоит снова упомянуть о том, что наблюдается настоящее разделение электрозарядов. Они формируют собственное поле Ei, направленность которого внутри проводника обратна внешнему полю.
Перемещение свободных электрозарядов длится до того момента, пока внешнее и внутреннее поля не уравновесятся. Когда приходит этот момент, в проводнике образуется поле с зарядом, равным нулю. Поэтому последующее перемещение электронов и ионов заканчивается, они, наконец, останавливаются в собственных зафиксированных постоянных положениях на поверхности проводника.
Вокруг проводника внешнее поле искажается по мере приближения точки наблюдения к проводнику. На крупных расстояниях внешнее поле имеет форму, близкую к сферической. При приближении к проводнику его форма становится похожей на форму последнего. Вблизи выступов силовые линии располагаются гуще. В итоге образуется электрополе с определенной напряженностью. Пример формы силовых линий изображен на рисунке ниже.
Проводник в электростатическом поле с зарядом
Если проводник с зарядом поместить в электростатическое поле, то результирующее внутреннее поле также будет нулевым. Это объясняется тем, что имеющийся электрозаряд распределяется по поверхности проводящего материала так, что направление поля Ei внутри проводящего вещества противоположно направлению внешнего электростатического поля E.
Перераспределение происходит, пока поля E и Ei не компенсируют друг друга во внутренней области проводящего материала целиком. Следовательно, напряженность внутри проводящего вещества будет равной нулю, независимо от того, заряжен ли проводник был предварительно или нет. В любых проводниках, находящихся в электростатическом поле, происходит своеобразное выталкивание внешнего поля из внутреннего пространства.
Заряд внутри проводника
Еще одна схожая черта проводников заключается в том, что объёмная плотность электричества внутри проводящего материала везде равняется нулю. Поэтому общий электрозаряд также оказывается равным нулю. Нескомпенсированные электрозаряды при их изменении располагаются целиком на поверхности проводящего материала. Чёткое доказательство такого утверждения основывается на фундаментальной теореме Гаусса.
Неформальное объяснение достаточно простое: при наличии нескомпенсированных электрозарядов, расположенных внутри проводника, в нем бы формировалось электростатическое поле. Но такого поля внутри проводника нет, а значит, зарядов тоже нет.
На явлении исчезновения электрополя внутри проводящего материала базируется некая электростатическая защита. Если необходимо какое-нибудь устройство уберечь от внешних электростатических полей, его кладут в металлический ящик, обнуляя напряжённость поля в пространстве вокруг устройства.
Поле за пределами проводника
Когда проводник находится во внешнем электростатическом поле, линии напряженности входят в него под прямым углом. По какой причине так происходит? Заново представим доказательство от противного.
Пусть в какой-либо точке проводника силовая линия не создает прямой угол с его поверхностью. Поэтому в этой точке присутствует составляющая вектора напряжённости, направленная по касательной к поверхности проводящего материала — касательная составляющая вектора напряжённости. Под её воздействием должен возникать электрический ток, что невозможно из-за того, что действие происходит в электростатике.
Другими словами, электрозаряды на поверхности проводника передвигаются, пока линии напряжённости, которые уходят в окружающее пространство во всякой точке проводника не образуют прямой угол с его поверхностью.
Обратим внимание на множества точек, которые имеют одинаковый потенциал. В качестве первого примера можно представить эквипотенциальные поверхности, а в качестве второго — проводник.
Все точки проводника обладают одинаковым потенциалом. Иначе говоря, разница между потенциалами любых двух точек проводника равняется нулю.