Проводник в электрическом поле.

В проводниках, в узлах кристаллической решетки имеются положительные ионы металлов, а валентные электроны обобществляются сразу всеми атомами и могут свободно перемещаться внутри металла, обуславливая высокую электро- и теплопроводность металла. При внесении проводника в электрическое поле электроны перемещаются в направление противоположному полю, а с другой стороны обнажаются не скомпенсированные положительные ионы металлов. Электроны перемещают до тех пор, пока внутреннее поле не скомпенсирует внешнее. Результирующие поле внутри проводника будет отсутствовать.

Заряды на противоположных концах проводника равные по величине и противоположны по знаку, их можно разделить. Такая электризация проводника, при внесении во внешнее поле называется электризацией или электростатической индукцией. Она используется для электростатической защиты; чтобы защитить какой-то прибор от внешних полей, его надо поместить в металлический футляр или сетку. Вообще при любом способе электризации, при равновесии зарядов на проводнике, поля внутри проводника нет, а потенциал всех его точек одинаков. Причем весь избыточный заряд располагается на внешней поверхности проводника и поверхностная плотность заряда больше там, где больше кривизна поверхности. Для измерения потенциала используют электрометр. Он состоит из металлического корпуса для защиты от внешних полей и стержня со стрелкой. Чтобы измерить потенциал проводника, относительно земли, проводник соединяют со стержнем, а корпус заземляют. Чтобы измерить разность потенциалов двух проводников, один из них соединяют с корпусом, другой со стержнем. Потенциал проводника зависит от расположения вблизи других проводников, а также от диэлектрической проницаемости среды.

Диэлектрик в электрическом поле.

При внесении в электрическое поле диэлектрика он поляризуется. Различают три вида поляризации: электронную, ионную и ориентационную. А в атоме имеется положительное ядро и отрицательное электронное облако. Центры положительных и отрицательных зарядов совпадают, атом электрически нейтральный; во внешнем поле положительное ядро смещается по направлению поля, а электрическое облако в противоположном направлении. Центры положительного и отрицательного зарядов перестают совпадать – образуются диполи.

 

Такая поляризация называется электронной. Если молекула состоит из ионов во внешнем поле, положительные ионы смещаются по направлению поля, а отрицательные в противоположном направлении. Образуются диполи, такая поляризация называется ионной. Молекулы некоторых веществ являются природными диполями, а во внешнем поле происходит их ориентация вдоль силовых линий, такая поляризация называется ориентационной. Если диэлектрик внести во внешнее поле, то при любом способе поляризации диполи располагаются так, что их суммарное поле направлено противоположно внешнему полю и ослабевает его. Но полностью компенсировать не может, так как заряды связанные, их разделить нельзя.

Таким образом, всякий диэлектрик ослабляет внешнее поле, поэтому в формуле закона Кулона имеется значение диэлектрической проницаемости. При большом значении напряженности поля происходит разрушение диполей. Появляются свободные заряды, которые при своем движении вызывают механические разрушения диэлектрика, такое явление называют пробоем.

 

ЗАДАЧИ К БЛОКУ 7

1. Какую работу совершают силы электрического поля, напряженность которого 500Н/Кл при перемещении заряда 4× 10^-8 Кл на расстояние 0, 2 м под углом 60° к линиям напряженности.

Дано:

Е = 500 Н/Кл

q = 4× 10^-8Кл

d = 0, 2 м

a = 60°

____________

А -?

Решение:

Ответ: 2 мкДж.

2. Какое напряжение существует между точками, удаленными от заряда 2× 10^-8 Кл на расстояние 10 и 30 см.

Дано:

q = 2× 10^-8 Кл

r₁ = 0, 1 м

r₂ = 0, 3м

_________

U -?

Решение:

Напряжение – есть разность потенциалов между двумя точками поля.

Действия над размерностями:

Ответ: 1200 В.

3. Определить напряженность однородного электрического поля, если на расстоянии 10 см вдоль линии напряженности разность потенциалов равна 2 В.

Дано:

d =10 см = 0, 1 м

j₁ – j₂ =2 В

______________

Е -?

Решение:

Ответ: 20 В/м

4. Два заряда -4× 10^-5 Кл и 5× 10^-4 Кл находятся в воздухе на расстоянии 0, 2 м. Определить потенциальную энергию взаимодействия электрических полей этих зарядов.

Дано:

q₁= - 4× 10^-5 Кл

q₂ = 5× 10^-4 Кл

d = 0, 2 м

______________

П -?

Решение:

Потенциальная энергия взаимодействия между зарядами равна работе по перемещению между этими зарядами единичного заряда, а эта работа равна: Cилу, действующую между зарядами, можно определить по закону Кулона:

Значит

Ответ: 900 Дж

5. Между параллельными заряженными пластинками, расположенными горизонтально, удерживается во взвешенном состоянии пылинка. Массой 10^{-12 кг с зарядом 4, 9}× 10^-15Кл. Определить разность потенциалов между пластинками, если расстояние между ними 5 см.

Дано:

m = 10^{-12 кг}

q = 4, 9× 10^-15 Кл

d = 5× 10^{-2 м}

____________

U -?

Решение:

Т.к. пылинка находится в покое, то электрическая сила равна силе тяжести. F_эл=Р (по модулю)

Ответ: 100 В.

 

6. Потенциал на поверхности проводника 20 В. Определить потенциал поля внутри проводника.

Ответ: при равновесии зарядов на проводнике потенциал всех его точек одинаков, поэтому внутри проводника j=20 В.

7. Напряженность электрического поля на поверхности проводника 25 В/м. Определите напряженность поля внутри проводника.

Ответ: поля внутри проводника нет и напряженность в любой точке внутри проводника равна нулю.

8. При каком наименьшем напряжении наступает пробой слюды толщиной 0, 1 мм, если электрическая прочность ее 2× 10⁸ В/м? (Электрическая прочность диэлектрика определяется напряженностью электрического поля, при котором наступает пробой диэлектрика).

Дано:

Е_R =2× 10⁸ В/м

d = 0, 1 мм = 0, 1× 10³ м

__________________

U -?

Решение:

Ответ: 20 Кв.

 

9. Металлическому шару радиусом 10 см сообщен заряд 10^-7 Кл. Определить электрический потенциал на расстоянии 2 см от поверхности шара.

Дано:

r_ш = 0, 1 м

q =10^-7 Кл

l =2 см = 0, 02 м

______________

j - ?

Решение:

, если заряд расположен на поверхности шара то r-расстояние от данной точки поля до центра шара:

Ответ: 7500 В = 7, 5 Кв.

10. Какую скорость можно сообщить электрону, находящемуся в состоянии покоя, ускоряющая разность потенциалов в 1000 В, масса электрона m = 9, 1× 10^{-31 кг.}

Дано:

m = 9, 1× 10^{-31 кг}

l = 1, 6× 10^-19Кл

U = 10³ В

_____________

u -?

Решение:

За счет работы электрического поля: электрон получает кинетическую энергию Значит откуда

Действия над размерностями:

Ответ: 1, 86 × 10⁷ м/с

 

11. Перевести 1 МЭВ в Дж. 1 электрон-Вольт равен работе, совершаемой силами поля по перемещению электрона между точками с разностью потенциалов 1 В.

А = е× U =1, 6× 10^-19 Кл × 1 В.= 1, 6× 10^-19 Дж. Значит 1 эВ = 1, 6× 10^-19 Дж

1 МЭВ=10⁶ ЭВ=1, 6× 10^-19 × 10⁶ =1, 6× 10^-13 Дж.

Ответ: 1, 6× 10^-13 Дж

 

БЛОК 8

Конденсаторы

1. Электроемкость проводника. Условия, от которого она зависит.

2. Конструкции конденсаторов.

3. Последовательное соединение конденсаторов в батарею.

4. Параллельное соединение.

5. Энергия заряженного конденсатора.

Л.С. Жданов §15.13.-15.17. / Сборник задач под. ред. Гладковой №11.35-11.38; 11.8; 11.9; 11.17; 11.18 / Г.Я. Мякишев Физика: Учеб. для 10 кл. § 49-51 / В.В. Жилко Физика: Учеб. для 10 кл. §9-12

 

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. E) напряжения на обоих проводниках одинаковы
2. I. Проникновение в империю. Битва при Адрианополе. Поселение вестготов на Балканах. Аларих. Первое нападение на Италию. Второе нападение. Захват Рима. Атаульф. Мирный договор с Римом. Валия.
3. БИЛЕТ 13. Работа по перемещению контура с током в магнитном поле. Энергия магнитного поля
4. БИЛЕТ 3. Электроемкость проводников и конденсаторов. Соединение конденсаторов Энергия заряженного конденсатора
5. Выбор и проверка аппаратов и проводников
6. Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях.
7. Действия поездной бригады при получении на носимый терминал проводника вагона сигнала «Греется букса».
8. Для обучения проводников пассажирских вагонов для работы в период летних пассажирских перевозок
9. Зрительная сенсорная система. Фоторецепция. Световая адаптация. Проводниковый и корковые отделы зрительной сенсорной системы. Центры зрения. Цветовосприятие и его нарушения. Роль движений глаз.
10. Индуктивность длинного прямого проводника
11. Использование Проводника по мирам
12. Исследование характеристик и параметров полупроводникового лазера