Лекция по физике на тему : Проводники и диэлектрики в электростатическом поле

1 Тема занятия: Проводники и диэлектрики в электростатическом поле. Лекция №3.   Цель занятия: Иметь представление о роли физики при изучении общепрофессиональных и специальных дисциплин в профессиональной деятельности.   Формирование представления о проводниках и диэлектриках; ознакомление учащихся со строением проводников и диэлектриков и их поведением в электростатическом поле; демонстрация тесной связи теории с практикой. Развивать у обучающихся умения наблюдать, анализировать, обобщать, сравнивать познавательные объекты, делать выводы, осуществлять самоконтроль, самооценку и самокоррекцию учебной деятельности. Свойства проводника в электрическом поле 1. Внутри проводника напряженность поля всегда равна нулю. 2. Потенциал внутри проводника во всех точках одинаков и равен потенциалу   поверхности   проводника.   Когда   в   задаче   говорят,   что «проводник   заряжен   до   потенциала   …   В»,   то   имеют   в   виду   именно потенциал поверхности. 3. Снаружи от проводника вблизи от его поверхности напряженность поля всегда перпендикулярна поверхности. 4. Если проводнику сообщить заряд, то он весь распределится по очень тонкому слою вблизи поверхности проводника (обычно говорят, что весь   заряд   проводника   распределяется   на   его   поверхности).   Это   легко объясняется:   дело   в   том,   что   сообщая   заряд   телу,   мы   передаем   ему носители   заряда   одного   знака,   т.е.   одноименные   заряды,   которые отталкиваются. А значит они будут стремиться разбежаться друг от друга на максимальное расстояние из всех  возможных, т.е. скопятся  у самых краев проводника. Как следствие, если из проводника удалить сердцевину, то его электростатические свойства никак не изменятся. 5. Снаружи проводника напряженность поля тем больше, чем кривее   Максимальное   значение   напряженности поверхность   проводника. достигается вблизи остриев и резких изломов поверхности проводника. 2 ДИЭЛЕКТРИКИ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ Внутри диэлектрика может существовать электрическое поле! Электрические свойства нейтральных атомов и молекул: Нейтральный   атом ­положительный   заряд   (   ядро)   сосредоточен   в центре; ­ отрицательный заряд ­ электронная оболочка;  считается, что из­за большой скорости движения электронов по орбитам центр распределения отрицательного заряда совпадает с центром атома. Молекула ­   чаще   всего   ­   это   система   ионов   с   зарядами противоположных знаков ,т.к. внешние электроны слабо связаны с ядрами и могут переходить к другим атомам.  Электрический   диполь ­   молекула,   в   целом   нейтральная   ,   но   центры распределения   противоположных   по   знаку   зарядов   разнесены; рассматривается,   как   совокупность   двух   точечных   зарядов,   равных   по модулю   и   противоположных   по   знаку,   находящихся   внутри   молекулы   на некотором расстоянии друг от друга. Существуют   2   вида   диэлектриков ( различаются   строением   молекул): 1) полярные ­ молекулы, у которых центры положительного и отрицательного зарядов не совпадают ( спирты, вода и др.); 2) неполярные ­ атомы и молекулы, у которых центры распределения зарядов совпадают (инертные газы, кислород, водород, полиэтилен и др.). 3 ПОЛЯРИЗАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ ­   смещение   положительного   и   отрицательного   зарядов   в противоположные стороны, т.е.ориентация молекул. Поляризация полярных диэлектриков Диэлектрик   вне   эл.поля ­   в   результате   теплового   движения электрические диполи ориентированы беспорядочно на поверхности и внутри диэлектрика. q = 0 и Eвнутр = 0 Диэлектрик в однородном эл.поле ­ на диполи действуют силы, создают моменты сил и поворачивают диполи вдоль силовых линий эл.поля. НО ориентация диполей ­ только частичная, т.к. мешает тепловое движение. На   поверхности   диэлектрика   возникают   связанные   заряды,   а   внутри диэлектрика   заряды   диполей   компенсируют   друг   друга.   Таким   образом, средний связанный заряд диэлектрика = 0.  Поляризация неполярных диэлектриков ­ тоже поляризуются в эл.поле: положительные и отрицательные заряды молекул смещаются, центры   распределения   зарядов   перестают   совпадать   (как   диполи),   на поверхности диэлектрика возникает связанный заряд, а внутри эл.поле лишь ослабляется. 4 Ослабление поля зависит от свойств диэлектрика. Решение задач. 1. При перемещении в электростатическом поле заряда 4 Кл  электрические силы совершили работу 8 Дж. Найти разность потенциалов. 2. Разность потенциалов между двумя заряженными параллельными  пластинами равна 100 В, расстояние между пластинами 2 см. Определите  напряжённость электростатического поля между пластинами. 3. Во время грозы между облаками возникает поле напряжённостью  3 МН/Кл. Найдите изменение кинетической энергии электрона под действием  электростатического поля на расстоянии 3 нм. 4. Потенциал поля точечного заряда на расстоянии 40 см от него  равен 200 В. С какой силой это поле будет действовать на пробный заряд 1  нКл, помещенный в данную точку?  5. При перемещении заряда между точками с разностью потенциалов 1 кВ электрическое поле совершило работу 40 мкДж. Чему равен заряд?