Элктростатическое поле проводника. Электростатическое поле проводников разной формы
 Скачать 188.83 Kb.
|
 Электростатическое поле проводников разной формыВведение. Электростатика — раздел учения об электричестве, изучающий взаимодействие неподвижных электрических зарядов. Между одноимённо - заряженными телами возникает электростатическое (или кулоновское) отталкивание, а между разноимённо заряженными — электростатическое притяжение. Явление отталкивания одноименных зарядов лежит в основе создания электроскопа — прибора для обнаружения электрических зарядов. Электрические заряды есть в любом теле и даже в воздухе. Носителями электрического заряда в проводниках являются свободные электроны. В данной работе я рассмотрю, как происходит взаимодействие заряженных частиц в проводниках разной формы.Задачи:1)Изучить литературу по данной теме;2)Подобрать материалы для экспериментальной установки;3)Провести необходимый эксперимент;4)Рассказать о проделанной работе.Содержание:
1. Открытие электрических явлений. Более достоверно считать, что открыл статическое электричество древнегреческий ученый Фалес. Он был известным математиком и философом, проживал в городе Милет, примерно в VI-V веках до нашей эры. Считается, что Фалес обнаружил свойство янтаря притягивать мелкие предметы, например перо или волос, если натереть его шерстяной тканью. Никакого практического применения такому явлению не нашлось, и его оставили без внимания. В 1660г. немецкий бургомистр Отто фон Герике продолжил исследования в этой области. Отто стал автором электростатической машины, которая выглядела как серный шар, вращающийся на металлическом стержне. Благодаря этому изобретению удалось узнать, что наэлектризованные тела могут не только притягиваться, но и отталкиваться. Исследования бургомистра легли в основу электростатики. В 1733г. Американский физик Бенджамин Франклин предположил, что молнии имеют электрическую природу. В 1753г. М.И.Ломоносов и Г.В.Рихман с помщью «громовой машины» доказали, что молния –это электрические разряды в атмосфере. 2. Определение электрического заряда. Закон сохранения электрического заряда. Для измерения новой физической величины потребовалось выбрать единицу измерения. Экспериментальные исследования показали, что электрические заряды всех электронов одинаковы, поэтому его назвали элементарным зарядом. Т.к. эта единица очень мала для использования ее в технике, в Международной системе единиц используется единица заряда кулон. Это название дано в честь французского физика Шарля Кулона, открывшего закон взаимодействия электрических зарядов. При включении в комнате люстры с электрическими лампами общей мощностью 220 Вт через электрический провод за 1с проходит электрический заряд 1 Кл.  Самым простым прибором для обнаружения электрических зарядов является электроскоп. Он состоит из металлического стержня, к которому подвешены две полоски бумаги или алюминиевой фольги (лепестки). Стержень укреплён при помощи эбонитовой пробки внутри металлического корпуса цилиндрической формы, закрытого стеклянными крышками. При соприкосновении заряженного тела (например натёртой стеклянной палочки) со стержнем электроскопа часть электрических зарядов переходит с тела на стержень электроскопа и на лепестки. Лепестки разойдутся на некоторый угол. Происходит это потому что одноименные заряды на заряженном теле отталкиваются друг от друга. Причём чем больше величина заряда электроскопа, тем больше сила отталкивания листочков и тем на больший угол они разойдутся. Следовательно, по углу расхождения листочков электроскопа можно судить о величине заряда, находящегося на электроскопе. Такой прибор со стрелкой и шкалой называется электрометром. С его помощью опытным путем было обнаружено, что алгебраическая сумма электрических зарядов, возникающих в процессе электризации, равна нулю. Поэтому в физике различают два вида электрических зарядов и называют один из них–положительным, а другой - отрицательным. Положительные и отрицательные электрические заряды возникают или исчезают в равных количествах. Этот экспериментально установленный факт называется законом сохранения электрического заряда. Английский физик Майкл Фарадей предположил, что электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждый электрический заряд создает вокруг себя электрическое поле, которое способно действовать на другие электрические заряды. Сила действия электрического поля убывает с увеличением расстояния от заряда. Поле, созданное неподвижными в пространстве и неизменными во времени электрическими зарядами (при отсутствии электрических токов) называют электростатическим полем. 3. Электрическое поле. Электрическое поле – вид материи, осуществляющий взаимодействие между электрически заряженными частицами.  Для графического изображения электростатического поля используют силовые линии (линии напряженности) — воображаемые линии, касательные к которым совпадают с направлением вектора напряженности в каждой точке поля. Линией напряженности электрического поля называется линия, касательная к которой в каждой точке совпадает с вектором напряженности. Силовые линии электростатического поля никогда не пересекаются и не касаются друг друга. Если электростатическое поле создано положительным зарядом, то его силовые линии начинаются с заряда и заканчиваются где-то в бесконечности. Если мы имеем дело с отрицательным зарядом, то силовые линии его электростатического поля наоборот начинаются где-то в бесконечности, а заканчиваются на самом заряде. То есть они направлены от положительного заряда или к отрицательному. Кстати, чем больше заряд, тем более сильное поле он создает и тем большая густота его силовых линий. Правда силовые линии поля – это скорее графическое (воображаемое) его изображение, принятое в физике и электронике. На самом деле четких отчерченных линий ни одно из полей не создает. 4. Проводники. Проводниками мы называем тела, через которые электрический заряд может переходить от заряженного тела к незаряженному. Самые известные в быту проводники - алюминий, медь. Из них делают провода для электроприборов. Объясняется это тем, что в проводниках есть частицы, способные свободно перемещаться внутри вещества. В металлах самые далекие от ядра электроны слабо связаны с ним. Внешние электроны могут свободно переходить от одного атома к другому, движение их беспорядочно. Поэтому их называют свободными электронами. При помещение электрического проводника в электрическое поле свободные электроны движутся упорядоченно в направлении действия сил электрического поля. Свободные заряды (электроны) перестают двигаться не только внутри проводника, но и на его поверхности. Это означает, что силовые линии поля (а соответственно и напряженность) вблизи проводника должны быть направлены перпендикулярно поверхности проводника. На примере незаряженной проводящей пластины (проводника), внесенной в однородное поле, выясним, в результате какого процесса напряженность электростатического поля внутри проводника оказывается равной нулю. Силовые линии поля изображены сплошными линиями.  В первый момент (при внесении пластины в поле) возникает электрический ток. Под действием электрического поля электроны пластины начинают перемещаться справа налево. Левая сторона пластины заряжается отрицательно, а правая – положительно. Появившиеся заряды создают свое поле (линии напряженности этого поля показаны на рисунке штриховыми прямыми), которое накладывается на внешнее поле и компенсирует его. За ничтожно малое время заряды перераспределяются так, что напряженность результирующего поля внутри пластины Е становится равной нулю и движение зарядов прекращается. Рассмотрим сплошной проводник круглой формы.   В проводнике происходит перераспределение зарядов по поверхности проводника, внутри напряженность поля Е=0. Это означает, что внутреннюю часть проводника можно удалить, что никак не скажется на электрическом поле. В результате этого остается проводящая замкнутая оболочка. В пространстве, окруженном этой оболочкой, напряженность электрического поля равна нулю. Таким образом, замкнутая проводящая оболочка является экраном - она экранирует внутреннее пространство от внешнего электрического поля. В общем случае, заряд на поверхности проводника распределяется не равномерно. Рассмотрим проводник представленный на рисунке внизу. Распределение электрического заряда по поверхности проводника можно исследовать с помощью маленького металлического шарика, насаженного на изолирующую ручку. Если такой проводник зарядить и коснуться его шариком в точке А, то стрелка электроскопа отклонится. Если повторить то же самое, касаясь пробным шариком боковой поверхности проводника, то отклонение стрелки будет меньше, а если коснуться впадины в точке В, то стрелка электроскопа практически не отклонится. Из этого следует, что плотность заряда максимальна в точке А и минимальна в точке В.  Плотность заряда особенно велика возле участков с малым радиусом кривизны, т.е. у заострений. Это является причиной такого явления, как электрический ветер.
В проводниках разной формы электростатическое поле зависит от искривлённости поверхности проводника: напряжённость больше на острых выпуклых поверхностях. Поэтому в высоковольтном оборудовании используют кожухи закругленной формы, чтобы не было искры. Электростатического поля внутри проводника нет. На этом факте основана электростатическая защита. |