Влияние эл. поля на проводники и диэлектрики

Как нам уже известно, проводник представляет собой тело, ко­торое содержит большое число свободных электронов, заряды ко­торых компенсируются положительными зарядами ядер атомов.

Если металлический проводник поместить в электрическое поле (рис. 5), то под влиянием сил поля свободные электроны проводника придут в движение в сто­рону, противоположную направ­лению сил поля. В результате этого на одной стороне провод­ника возникает избыточный от­рицательный заряд, а на другой стороне проводника — избыточ­ный положительный заряд.

Разделение зарядов в про­воднике под влиянием внешнего электрического поля называется электризацией через влияние, или электростатической индукцией, а заряды на проводнике — индуцированными зарядами.

Индуцированные заряды проводника создают добавочное элект­рическое поле, направление которого противоположно внешнему полю.

Результирующее электрическое поле внутри проводника умень­шается, а вместе с ним уменьшаются силы, действующие на перерас­пределение зарядов. Движение зарядов в проводнике прекратится, когда напряженность поля, вызванного индуцированными зарядами проводника Е_п, станет равной напряженности внешнего поля Е_вн, а результирующая напряженность поля внутри проводника будет равна нулю.

Как было указано выше, диэлектрик отличается от проводника отсутствием свободных электронов (точнее, весьма малым количе­ством свободных электронов). Электроны атомов диэлектрика прочно связаны с ядром атома.

Диэлектрик, внесенный в электрическое поле, так же как и проводник, электризуется через влияние. Однако между электри­зацией проводника и диэлектрика имеется существенная разница. Если в проводнике под влиянием сил электрического поля свободные электроны передвигаются по всему объему проводника, то в диэлектрике свободного перемещения электрических зарядов про­изойти не может. Но в пределах каждой молекулы диэлектрика воз­никает смещение положительного заряда вдоль направления элект­рического поля и отрицательного заряда в обратном направлении. В результате на поверхности диэлектрика возникнут электрические заряды.

Рассматриваемое явление называется поляризацией диэлектрика.

Различают диэлектрики двух классов.

У диэлектриков первого класса молекула в нейтральном состоянии имеет положительный и отрицательный заряды, на­столько близко располо­женные один к другому, что действие их взаимно компенсируется. Под влия­нием электрического поля положительные и отрица­тельные заряды в пределах молекулы несколько сме­щаются один относительно другого, образуя ди­поль (два электрических заряда, равных по величине и обрат­ных по знаку, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга) (рис. 6).

У диэлектриков второго класса молекулы и в отсут­ствие электрического поля образуют диполи. Такие диэлектрики называются полярными. К ним относятся вода, аммиак, эфир, ацетон и т. д. У таких диэлектриков при отсутствии электрического поля диполи в пространстве расположены хаотически (рис. а), и вследствие этого результирующее электрическое поле вокруг полярного диэлектрика равно нулю. Под действием внешнего электрического поля молекулы (а стало быть, и диполи) стремятся повернуться так, чтобы их оси совпали с направлением внешнего поля (рис. б). С устранением электри­ческого поля поляризация диэлектрика исчезает.

Таким образом, поляризация представляет собой упругое смещение электрических зарядов в веществе диэлектрика.

При некоторой определенной величине напряженности электри­ческого поля смещение зарядов достигает предельной величины, после чего происходит разрушение — пробой диэлектрика, в ре­зультате которого диэлектрик теряет свои изолирующие свойства и становится токопроводящим.

Напряженность электрического поля, при которой наступает пробой диэлектрика, называется пробивной напряженностью Е_пр. Напряженность поля, допускаемая при работе диэлектрика Е_доп должна быть меньше пробивной напряженности. Отношение    называется запасом прочности.