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.
–
+
–
–
–
–+
+
+
+
+ + +
-
-
+ + +
-
-
-
-
++++
++
+
+ +
+
++++
+
++
+ +
++++
+
++
+ +
При замыкании медным стержнем заряженного
электроскопа с незаряженным заряды перетекают
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.
Свободные электроны
участвуют в тепловом
движении и могут
перемещаться по
куску металла в
любом направлении.
Строение атома натрия
На последнем
энергетическом уровне
находится 1 электрон. 10
электронов, которые
находятся на внутренних
энергетических уровнях,
отталкивают 11-й
электрон, который
находится на внешнем
энергетическом уровне.
Na
+1
1
2
8 1
Электростатическое поле внутри
проводника отсутствует.
–
–
–
–
+
+
+
+
+ + +
-
-
+ + +
-
-
-
-
+
+
+
+
+
При равновесии
зарядов
электрическое поле
внутри проводника
отсутствует, а
заряды
располагаются на
его поверхности.
+
+
+
+
+
+
+
+ +
+
+
– – – – – – – – – – –
++++
++
+
+ +
+
++++
+
++
+ +
++++
+
++
+ +
Так как электрические заряды находятся только на
поверхности проводника и отсутствуют внутри него, 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.
–
–
–
–
+
+
+
+
+
– –
–
–
++
+
+
Электростатическая индукция —
возникновение отрицательных и
положительных зарядов на концах
проводника, помещённого в
электростатическое поле.
Имеется полая
проводящая
незаряженная сфера,
внутрь которой помещён
положительно
заряженный шарик.
Где будут существовать
электрические поля?
Вокруг положительно
заряженного шарика
есть электрическое поле,
которое действует на
сферу. Сфера
заряжается, и вокруг неё
тоже возникает
электрическое поле.
+
–
+
+
+
–
–
+
–
–
+
–
+
–
+
+
–
+
–
–
+
–
+
–
+
–
+
–
–
+
+
–
+
+
–
+
+
–
–
+ +
–
–
+
–
–
–
+
+
+
+
–
+
–
+
Будут ли появляться
заряды
на сфере?
Электрическое поле
положительно
заряженного шарика
влияет на то, что
на внутренней
поверхности полой
сферы будет
сконцентрирован
отрицательный заряд.
+
+
+
–
–
+
–
–
+
–
+
–
+
–
+
+
+
–
+
–
–
+
–
+
–
+
–
+
–
–
+
–
+
+
–
+
+
–
–
+ +
–
–
+
–
–
–
+
+
+
+
–
+
–
+
Будет ли меняться поле
внутри и вне сферы, если
перемещать шарик, если
шарик оставить
неподвижным, а снаружи к
сфере поднести заряженное
Вблизи заряженного тела
тело?
электрическое поле имеет
большую напряжённость и
если передвигать заряд
внутри полости сферы, то там
будет меняться и
напряжённость поля
соответственно
передвижению заряда.
+
–
+
+
+
–
–
+
–
–
+
–
+
–
+
+
–
+
–
–
+
–
+
–
+
–
+
–
–
+
+
–
+
+
–
+
+
–
–
+ +
–
–
+
–
–
–
+
+
+
+
+
–
+
–
+
Если поднести снаружи
заряженное тело, то
значит, мы вносим и
электрическое поле
этого тела, что приведёт
к тому, что вне сферы
электрическое поле
изменится.
+
–
+
+
+
–
–
+
–
–
+
–
+
–
+
+
–
+
–
–
+
–
+
–
+
–
+
–
–
+
+
–
+
+
–
+
+
–
–
+ +
–
–
+
–
–
–
+
+
+
+
+
–
+
–
+
Распределение заряда на проводнике
переменной кривизны неравномерное.
Напряжённость поля и поверхностная
плотность зарядов достигает большой
величины в местах большой кривизны.
Одноимённые с зарядом острия ионы
воздуха устремляются прочь от него
(электрический ветер).
Уменьшение заряда на острие
вследствие его частичной
нейтрализации ионами воздуха
называют истечением заряда с острия.
Распределение заряда на проводнике переменной кривизны неравномерное.
Электростатическая защита —
экранирование пространства от
электрических полей.
Прикреплённые к сетке
одноимённо заряженные
лёгкие листочки будут
отталкиваться только
от наружной поверхности.
На внутренней
поверхности кольца
листочки опадут.
Клетка Фарадея —
устройство,
изобретённое Майклом
Фарадеем в 1836 г.
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.
Первые опыты применения бездымного
пороха
для винтовочных патронов были связаны
с большими неудобствами.
Во время взвешивания зёрна бездымного
пороха «прилипали» к рукам, совочку, весам,
мерке,
что крайне затрудняло работу.
Причина прилипания зёрен бездымного пороха
заключается в его электризации при трении о
предметы.
Графит — проводник;
поэтому графитование
дало возможность
разряжать зёрна пороха.
Произошло отклонение стрелки, потому что заряд
был сообщён не стержню, а корпусу электрометра.
47. Проводники в электростатическом поле.ppt
