Главная | Обратная связь

Діелектрики в електричному полі. Діелектрична проникність

Перевірка закону

Для макроскопічних відстаней при експериментах в земних умовах, що були проведені за методом Кавендіша, доведено що показник степеня r в законі Кулона не може відрізнятися від 2 більш ніж на 6·10^-16. Із експериментів з розсіянню альфа-частинок виходить, що закон Кулона не порушується до відстаней 10^-14 м. Але з іншого боку, для опису взаємодії заряджених частинок на таких відстанях поняття, за допомогою яких формулюється закон (поняття сили, положення), втрачають сенс. У цій області просторових масштабів діють закони квантової механіки.

Закон Кулона можна вважати одним з наслідків квантової електродинаміки, в рамках якої взаємодія заряджених часток обумовлена обміном фотонами. Внаслідок цього, експерименти з перевірки висновків квантової електродинаміки можна вважати дослідами з перевірки закону Кулона. Так, експерименти з анігіляції електронів та позитронів свідчать, що відхилення від законів квантової електродинаміки не спостерігаються до відстаней 10^-18 м.

У провідниках першого роду (металах) струм – це потік вільних електронів.

У провідниках першого роду (металах) вільні електрони під час руху у міжатомному просторі провідника, безперервно наштовхуються на атоми та молекули, а також на інші електрони. При цих зіткненнях витрачається енергія. Отже, електрони тут зазнають певного електричного опору.

Опір позначається літерою R і виражається в омах (Ом). Застосовуються більші одиниці : кілоом (1 кОм = 10³ Ом), мегом (1 МОм = 10⁶ Ом).

Опір провідника залежить від матеріалу провідника, довжини, площі поперечного перерізу та температури. Залежність опору від матеріалу пояснюється тим, що в різних матеріалах різна мікроструктура, тобто взаємне розташування атомів і молекул, а значить, неоднакові й умови проходження електронів.

Властивості матеріалу визначаються питомим опором.

Питомим опором називається опір провідника, виготовленого з даного матеріалу, завдовжки 1м поперечним перерізом у 1 мм² при температурі 200 С°.

Питомий опір позначається літерою ρ (“ро”), виражається в Ом-метрах і визначається за формулою ρ = R x S / l, де

R – опір (Ом); S – площа перерізу провідника (мм²), l – довжина провідника (м).

Вплив довжини провідника на його опір полягає в тому, що при її збільшенні зростає кількість зіткнень електронів з атомами, молекулами, іншими електронами.

Зі збільшенням площі поперечного перерізу провідника зростає число шляхів для проходження електронів, які рухаються в одному напрямі, при цьому вони менше заважають один одному.

З підвищенням температури опір майже всіх провідників (крім вугілля та рідини) збільшується. Це пояснюється тим, що із зростанням температури частішають коливальні рухи молекул і атомів матеріалу провідника, тому ймовірність зіткнення з ними вільних електронів збільшується.

Провідність G – величина обернена опорові.

Провідність характеризує здатність матеріалу проводити електричний струм. В залежності від роду матеріалу провідність буде електронною (провідники першого роду), іонною (провідники другого роду). У напівпровідниках поряд з електронною провідністю (типу n) є ще дірчаста провідність (типу p).

Провідність можна вирахувати за формулою G = 1/R або

якщо R = ρ • l / S, то G = S / ρ • l

Одиницею виміру провідності є Сіменс (См).

1 См = 1 / 1 Ом = Ом^-1

Діелектрики в електричному полі. Діелектрична проникність

У діелектриках немає «вільних» електронів, тому вони не проводять струм.
Є два основні типи діелектриків.
1) Полярні діелектрики складаються з полярних молекул, диполів, тобто «здвоєних електричних полюсів», які за відсутності зовнішнього поля розташовані хаотично. Приклади: дистильована вода, кам’яна сіль.
2) Неполярні діелектрики складаються з нейтральних молекул.

Зовнішнє поле чинить орієнтуючу дію на диполі в полярному діелектрику.
Під дією зовнішнього поля позитивні заряди в молекулі речовини зсуваються в один бік, електрони — в інший. Деформуюча дія поля перетворює молекули неполярного діелектрика на диполі.
Процеси реагування діелектриків на зовнішнє електричне поле називаються поляризацією діелектрика. Усередині діелектрика, вміщеного в електричне поле напруженістю , виявляється електричне поле. Його напруженість , де — напруженість поляризаційних зарядів; .

Конденсáтор (рос. конденсатор, англ. capacitor; нім. Kondensator m) — система з двох чи більше електродів (обкладок), які розділенідіелектриком, товщина якого менша у порівнянні з розміром обкладок. Така система має взаємну ємність і здатна зберігати електричний заряд.