Электростатическая индукция в проводниках

Автор: · Опубликовано · Обновлено

Действие электрического поля распространяется на все вещественные объекты: от макроскопических тел, с которыми мы имеем дело в повседневной жизни, и до мельчайших частиц, входящих в состав вещества,— электронов, протонов, ионов. Собственно взаимодействие этих частичек с электрическим полем определяет электрические свойства вещества в целом.

Электрические свойства физических тел определяются электронами, протонами и ионами.

Рассмотрим взаимодействие электрического поля с наиболее распространенным классом проводников — металлами.

Возьмем два металлических цилиндра и каждый из них соединим со стержнем заземленного электрометра. Расположим цилиндры между параллельными металлическими пластинами так, чтобы они, касаясь друг друга, образовывали единое тело (рис.

4.37) Как только пластинам сообщим заряды, стрелки электрометров отклонятся и засвидетельствуют появление зарядов на цилиндрах. Если разрядить пластины, то исчезнут заряды и на цилиндрах.

Таким образом, возникновение зарядов на цилиндрах связано с действием электрического поля.

Явление возникновения зарядов на проводниках в электрическом поле называют электростатической индукцией.

Электростатическая индукция открыта немецким физиком Й. К. Вильке в 1757 г.

Повторим предыдущий опыт, но после этого разъединим цилиндры и разрядим пластины. Электрометры покажут наличие зарядов у каждого из цилиндров (рис. 4.38).

Исследование зарядов на цилиндрах с помощью эбонитовой палочки, потертой мехом, покажет, что цилиндры заряжены разноименно.

Явление электростатической индукции можно объяснить на основании электронных представлений.

Металлический проводник имеет кристаллическую структуру. В узлах кристаллической решетки находятся положительные ионы металла, а между ними — электронный газ.

Это — совокупность большого количества электронов, практически не связанных с атомами и пребывающих в непрерывном тепловом движении.

В незаряженном теле общий заряд электронов равняется заряду всех ионов. Поэтому в обычных условиях каждый проводник электрически нейтральный.

Если внесем проводник в электрическое поле между двумя разноименно заряженными пластинами, то под действием электрического поля свободные электроны сместятся, а положительные ионы останутся в предыдущем положении. На одном конце проводника будет излишек электронов, а на другом — их недостаток (рис.

4.39). Разделенные заряженные частицы будут иметь собственное электрическое поле, напряженность которого E’ будет иметь направление, противоположное направлению напряженности поля заряженных пластин.

Модуль напряженности «внутреннего» поля E’ будет равняться модулю напряженности внешнего поля E0. В соответствии с принципом суперпозиции суммарная напряженность электрического поля внутри проводника будет равняться нулю:

E0 — Е’ = 0.

Если проводник состоит из двух частей, как в описанном выше опыте, то их можно разделить и вынести из электрического поля. Одна часть будет иметь излишек электронов, а другая — излишек ионов.

То есть, каждая часть проводника будет иметь электрический заряд.

Подобное явление наблюдается при электризации тел в электрическом поле. Если к шарику, предварительно не заряженному, поднести заряженную палочку, то шарик начнет притягиваться к палочке. Это можно объяснить тем, что под действием (рис.

4.40) электрического поля заряженной палочки в шарике произойдет перераспределение заряженных частиц таким образом, что на части, более близкой к палочке, будет излишек заряженных частиц, знак которых противоположный знаку заряда палочки. Поэтому весь шарик начнет двигаться к палочке.

Итак, если говорят, что заряженные тела притягивают незаряженные, то имеют в виду состояние их электризации перед опытом. Наблюдаемое же взаимодействие вызвано электризацией незаряженного тела в электрическом поле.

Лишь элементарная частичка нейтрон, которая входит в состав ядра атома и не имеет электрического заряда, не взаимодействует с электрическим полем. Взаимодействие нейтрона с протонами в ядре имеет совсем иную, не электрическую природу.

Следствия явления электростатической индукции используют при изготовлении экранов, которые защищают тела от действия электрических полей (рис. 4.41).

Металлические заземленные экраны применяют в лабораториях для защиты исследователей при проведении опытов с применением высоких напряжений. Металлическими экранами отделяют от нежелательного взаимного влияния различные детали радиоэлектронных приборов, если они находятся близко друг к другу.

Electrostatic induction — Physics in experiments


Также можно почитать…

Метки:

Читайте также: