1 of 50

Провідники і діелектрики в електростатичному полі.�Вплив електричного поля на живі організми.

Фізика

10 клас

2 of 50

План уроку

  1. Провідники.
  2. Провідники в електричному полі.
  3. Електростатичний захист.
  4. Діелектрики.
  5. Діелектрики в електростатичному полі.
  6. Полярні, неполярні та йонні діелектрики.
  7. Діелектрична прониклість.

​

3 of 50

Різні речовини мають різні електричні властивості, однак по наявності вільних зарядів їх можна розділити на 2 групи:

Речовина

Провідники

Діелектрики

Мають вільні заряди

До них ставляться метали, електроліти, плазма …

Найбільш використовувані провідники –

Au, Ag, Cu, Al, Fe …

Вільні заряди відсутні

До них ставляться пластмаси, гума, скло, порцеляна, сухе дерево, папір …

1

4 of 50

Провідниками називаються такі речовини, у яких є вільні носії електричних зарядів.

Концентрація вільних носіїв заряду – велика.

У нейтральному провіднику вільні електрони розподілені по всьому об’єму рівномірно.

Провідники

2

5 of 50

Якщо будь – яке металічне тіло помістити в електричне поле, то воно завжди притягуватиметься до джерела цього поля, незалежно який знак заряду воно буде мати.

​

Як тільки провідник потрапляє в електричне поле, то під впливом сил, які діють на вільні електрони з боку цього поля, вони починають рухатись упорядковано в напрямі, протилежному напруженості поля.

3

Провідники

------

++++++

------

++++++

E

6 of 50

------

++++++

E

E

1

|E| = |E |

1

При внесенні провідника в електричне поле вільні заряди в ньому приходять у рух, який припиняється, коли напруженість поля усередині провідника, створювана зарядами, що розділилися, стане рівною напряженості зовнішнього електричного поля, тобто коли сумарне поле всередині провідника стане рівним нулю.

Провідники в електричному полі

4

Цей процес перерозподілу зарядів у провіднику відбувається майже миттєво.

7 of 50

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

E0

Eе

E = E0 + Eе

​

E0 = Eе

​

E = 0

  1. Електростатичного поля всередині провідника немає.
  2. Увесь статичний заряд провідника зосереджений на його поверхні.

5

Провідники в електричному полі

8 of 50

По принципу суперпозиції полів напруженість всередині провідника дорівнює нулю.

Отже, потік напруженості через будь яку замкнену поверхню всередині провідника дорівенює нулю. Значить, і заряд всередині цієї поверхні дорівенює нулю.

Провідники в електричному полі

6

9 of 50

Провідники в електричному полі

7

10 of 50

Це явище появи зарядів на провідниках під дією електричного поля.

На кінцях провідника виникають різнойменні заряди в рівних кількостях, а напруженість поля всередині провідника дорівнює нулю.

​

Електростатична індукція

8

11 of 50

Електростатичний захист

Електростатичний захист використовують для того, щоб захистити людей, які працюють із пристроями, що розташовані в сильному електричному полі: у такому разі металевою сіткою оточують простір, у якому працюють люди.

9

12 of 50

Зразковий хід еквіпотенціальних поверхонь для певного моменту порушення серця показаний на малюнку.

У електричному полі поверхня провідного тіла будь якої форми є еквіпотенціальною поверхнею.

Пунктирні лінії позначають еквіпотенціальні поверхні, цифри коло них – величину потенціалу у мілівольтах.

Еквіпотенціальні поверхні

10

13 of 50

Самими відомими електричними рибами являються

електричний скат

електричний вугор

та

11

14 of 50

  • Речовини, у яких вільні заряди відсутні, називають діелектриками. Оскільки вони не проводять електричного струму тому ізолюють провідники один від одного.

Приклади діелектриків:

  • гази, в тому числі і повітря,
  • багато яких рідин, в тому числі вода, що не містить солей,
  • серед твердих тіл найбільше поширені: скло, пластмаса, гума.

У діелектриків електрони міцно пов’язані зі своїми молекулами (або атомами).

Діелектрики

12

15 of 50

У діелектриках немає вільних носіїв заряду, але є зв’язані заряджені частинки у складі атомів і молекул. Тому під дією електричного поля і в діелектриках відбувається повний розподіл зарядів.

Діелектрики

13

16 of 50

------

++++++

000000

000000

E

При розділені діелектрика у електричному полі на дві частини – кожна з частин буде електрично нейтральною.

На одній поверхні виникає негативний заряд,

На іншій – позитивний.

У діелектрику розділення зарядів не відбувається, так як у ньому немає вільних зарядів.

Діелектрики в електричному полі

14

17 of 50

Вектор напруженості Е1 електричного поля, яке створене зв’язаними зарядами на поверхні діелектрика, спрямован всередині діелектрика протилежно вектору напруженості Е0 зовнішнього електричного поля, яке викликає поляризацію. Напруженість електричного поля всередині нескінченного простору, повністю заполненого діелектриком, дорівнює по модулю Е=Е0-Е1.

Дерев’яшка

(вона - діелектрик)

------

++++++

E

1

E

0

Діелектрики в електричному полі

15

18 of 50

  • Ці заряди – зв’язані, сам процес – поляризація діелектрика. Зв’язані заряди, на відміну від вільних, не можна зняти доторкнувшись до поверхні провідника.
  • Процеси в провідниках та діелектриках схожі. Розподіл зарядів в обох випадках є причиною появи власного електричного поля з напруженістю Е1, яка напрямлена протилежно напруженості зовнішнього поля Е0. Тому поле всередині діелектрика послаблюється:

Е = Е0 - Е1

Діелектрики в електричному полі

16

19 of 50

Принципова відмінність: розподіл вільних зарядів в провіднику триває до повного зникнення електричного поля в ньому, а поява зв’язаних зарядів у діелектрику лише послаблює зовнішнє поле.

​

Існує три види діелектриків: полярні, неполярні та йонні.

Діелектрики в електричному полі

17

20 of 50

Електричний диполь – електронейтральна сукупність двох зарядів, рівних за модулем та протилежних за знаком, розташованих на деякій відстані один від одного.

Електричний диполь

18

21 of 50

Орієнтаційна поляризація

19

22 of 50

+

-

+

-

+

-

E

E

Діелектрики в електричному полі

Зсув позитивних і негативних зв’язаних зарядів діелектрика в протилежні сторони називають поляризацією.

Неполярні діелектрики в електричному полі теж поляризуються.

Поляризація – це орієнтація частинок (молекул), з яких складається діелектрик, у зовнішньому електричному полі вздовж ліній напруженості даного поля.

20

23 of 50

Поляризація діелектриків

21

24 of 50

Полярні

Неполярні

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

Поляризація діелектриків

Діелектрики, у молекулах яких центри розподілу позитивних і негативних зарядів не збігаються називають полярними.

Діелектрики, у молекулах яких центри розподілу позитивних і негативних зарядів збігаються, називаються неполярними.

22

25 of 50

Поляризація полярних діелектриків

23

26 of 50

У поляризованих діелектриків виникає своє електричне поле, напрям напруженості, якого протилежний до напряму вектора напруженості зовнішнього електричного поля. Це послаблення в різних діелектриків різне.

Поляризація полярних діелектриків

24

27 of 50

Поляризація неполярних діелектриків

25

28 of 50

Йонні діелектрики

речовини, які мають йонну структуру: солі та луги NaCl, KCl... кристалічні гратки йонних діелектриків можна розглядати як такі, що складаються з двох вставлених одна в одну підграток, кожна з яких утворена йонами одного знака.

26

29 of 50

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

+

-

Е0

Ед

Е

E = E0 + Eд

​

E = E0 - Ед

​

E < Е0

Діелектрики в електричному полі

- діелектрична проникність речовини

27

30 of 50

Внаслідок поляризації діелектрика електростатичне поле усередині діелектрика зменшується.

Величина, яка показує, у скільки разів зменшується електричне поле усередині однорідного діелектрика, називається діелектричною проникністю й позначається ε.

​

Діелектрична прониклість

28

31 of 50

  • Діелектрик змінює електричне поле
  • Діелектрична проникність середовища

​

​

​

​

​

​

Діелектрична прониклість

Діелектрична проникність – фізична величина, яка характеризує електричні властивості діелектриків.

​

29

32 of 50

Речовина

ε

Речовина

ε

Газы и водяной пар

​

Азот

Водород

Воздух

Вакуум

Водяной пар (при t=100 ºС)

Гелий

Кислород

Углекислый газ

​

Жидкости

​

Азот жидкий (при t= –198,4 ºС)

Бензин

Вода

Водород жидкий (при t= –252,9 ºС)

Гелий жидкий (при t= –269 ºC)

Глицерин

​

​

1,0058

1,00026

1,00057

1,00000

1,006

1,00007

1,00055

1,00099

​

​

​

1,4

1,9–2,0

81

1,2

1,05

43

Кислород жидкий (при t= –192,4 ºС)

Масло трансформаторное

Спирт

Эфир

​

Твердые тела

​

Алмаз

Бумага парафинированная

Дерево сухое

Лёд (при t= –10 ºС)

Парафин

Резина

Слюда

Стекло

Титан бария

Фарфор

Янтарь

1,5

2,2

26

4,3

​

​

​

5,7

2,2

2,2–3,7

70

1,9–2,2

3,0–6,0

5,7–7,2

6,0–10,0

1200

4,4–6,8

2,8

Діелектрична прониклість речовини

30

33 of 50

Електричний диполь

  •  

34 of 50

Діелектрики в електростатичному полі

У зовнішньому електростатичному полі діелектрики поляризуються.

Поляризація – це процес орієнтації диполів чи поява під дією електричного поля зорієнтованих за полем диполів.

Відповідно до трьох типів діелектриків (неполярних, полярних та іонних) розрізняють також три види поляризації – електронну, орієнтаційну та іонну.

​

35 of 50

Види поляризації

1) електронна (деформаційна) – характерна для неполярних діелектриків, полягає у виникненні у атомів індукованого дипольного моменту за рахунок деформації електронних орбіт;

​

36 of 50

Види поляризації

2) орієнтаційна (дипольна) – характерна для полярних діелектриків, полягає в орієнтації наявних диполів за полем. Ця орієнтація тим сильніша, чим більша напруженість електричного поля і чим нижча температура;

​

37 of 50

38 of 50

Види поляризації

3) іонна поляризація - полягає у зміщенні підгратки позитивних іонів вздовж поля, а негативних – проти поля, що і призводить до виникнення дипольних моментів.

​

39 of 50

Види поляризації

Електронна

(деформаційна)

Орієнтаційна

(дипольна)

Іонна

​

40 of 50

Поляризованість

  •  

41 of 50

Провідники і діелектрики в електростатичному полі

питання

провідники

діелектрики

Що відбувається під час внесення в електричне поле

  • Електрони переміщуються по всьому провіднику.
  • Електрони переміщуються проти напрямку силових ліній.
  • Відбувається явище електростатичної індукції.
  • Молекули не стають диполями.
    • Зміщуються зв’язані електричні заряди;
    • Зв’язані електрони зміщуються проти напрямку силових ліній.
    • Відбувається явище поляризації.
    • Молекули поводяться як диполі.

31

42 of 50

Провідники і діелектрики в електростатичному полі

питання

провідники

діелектрики

Поява зарядів, їх перерозподіл

  • У результаті індукції на поверхні провідника з’являється електричний заряд.
  • Величина індукованих зарядів на різних кінцях провідника однакова.
  • Заряди вільні.
  • Можна розділити заряди.
    • В результаті поляризації на поверхні діелектрика з’являється зв’язаний заряд.
    • Величина поляризаційних зарядів на різних кінцях однакова.
    • Заряди зв’язані.
    • Заряди не можна розділити.

32

43 of 50

Провідники і діелектрики в електростатичному полі

питання

провідники

діелектрики

Зарядження тіл

  • Можна зарядити тіло.
  • Можна зарядити тіло через вплив.
    • Можна зарядити ділянку тіла.
    • Неможливо зарядити тіло через вплив.

33

44 of 50

Діелектрики використовуються:

  1. в науці та техниці як електроізоляційні матеріали, як конденсаторні матеріали;
  2. у обчислювальній техниці;
  3. в оптиці.

Використання діелектриків

34

45 of 50

Вплив електричного поля на живі організми

35

46 of 50

Повністю уникнути електричного поля не можливо, адже сам наш організм виробляє статичну електрику. Незначні електричні поля позитивно впливають і на рослин. І взагалі рослини, тварини та люди не можуть повноцінно існувати в повній відсутності електричного поля.

Але в загальному випадку, додаткове електричне поле шкідливо впливає на практично всі процеси нашого організму.

​

Вплив електричного поля на живі організми

36

47 of 50

Закріплення матеріалу

  1. Що таке вільні заряди? У яких речовинах вони є?
  2. Звідки беруться вільні заряди всередині металевого провідника?
  3. Що відбувається, якщо провідник внести в електричне поле?
  4. Чому дорівнює напруженість електричного поля всередині ізольованого провідника за рівноваги вільних зарядів?
  5. В однорідне поле внесли металеву кулю. Чи залишиться поле однорідним поблизу поверхні кулі?
  6. Для чого використовують металеві екрани?
  7. Чому незаряджені легкі клаптики паперу притягуються до заряджених тіл незалежно від знака їх заряду?
  8. Чи можуть притягуватися однойменно заряджені тіла?

48 of 50

Закріплення матеріалу

  1. Що відбувається, якщо діелектрики внесли в електричне поле?
  2. Чому діелектрична проникність різних речовин різна?
  3. У чому відмінність поведінки провідників та діелектриків в електричному полі?
  4. Чому ступінь ураження людини електричним струмом залежить від сухості та чистоти шкіри, від вологості та температури повітря, від самопочуття людини?

49 of 50

Розв’язування задач

  1. У скільки разів треба змінити відстань між двома зарядами, щоб під час занурення їх у воду сила взаємодії між ними залишилася такою самою, як і в повітрі? Діелектрична проникність води дорівнює 81.
  2. Знайдіть значення кожного з двох однакових зарядів, якщо в олії на відстані 6 см один від одного вони взаємодіють із силою 0,4 Н. Діелектрична проникність олії дорівнює 2,5.

50 of 50

Домашнє завдання

  1. Підручник § 43
  2. Вправа 43 (1, 4, 6)
  3. Додаткова інформація:
  4. живі істоти, які проявляють електричні властивості;
  5. вплив електричного поля на живі організми.

​