III. Диэлектрики – вещества, плохо проводящие электрический ток

Примеры диэлектриков: дистиллированная вода, инертные газы, слюда, парафин, бумага.

Познакомимся с некоторыми из электрических свойств диэлектриков. Опыты с электрометром (ослабление внешнего поля диэлектриком). Объяснение по рисунку. Е = ; Е^' = ; Е_д = Е – Е^' . Электростатическое поле внутри диэлектрика (термин. введен Фарадеем для обозначения веществ, в которые проникает электрическое поле), диэлектрическая проницаемость среды.

Примеры: = 81, ε_кер = 2, ε_днк = 130000

Частичная поляризация диэлектрика. Можно ли, как в опыте с проводниками, "снять" электрический заряд с поверхности диэлектрика, прикос­нувшись к нему рукой? Можно ли зарядить эбонитовую палочку, прикоснув­шись ею к борну высоковольтного выпрямителя?

- -

+

+

Внутреннее строение диэлектрика на примере газообразного водорода. Центры распределения положительного и отрицательного заряда в атоме водорода. Неполярные диэлектрики.

Молекула воды (электрический диполь). Полярные диэлектрики. Дипольный момент: Р = qℓ.

Вопрос:

Почему при высоком давлении диэлектрик становится металлом?

Диэлектрики во внешнем электростатическом поле (демонстрация модели электрического диполя). Силы, действующие на диполь в однородном электрическом поле: .

 

Поляризация диэлектриков.

Полной ориентации диполей препятствует тепловое движение молекул диэлектрика. Чем больше напряженность внешнего поля, тем сильнее поворот диполей (поляризация), поэтому диэлектрическая проницаемость вещества остается неизменной. При низких температурах она должна возрастать?! Но возрастает и вязкость диэлектрика!

Электреты (титанит кальция, тонкие полимерные пленки лавсана, фторопласта, поликарбоната) - аналог магнита. Сегнетоэлектрики. Почему электреты из сегнетоэлектрика обладают малым временем жизни? Как получают электреты? Электретный материал помещают между электродами, нагревают, выдерживают под напряжением 10 – 20 кВ, не снимая напряжения, охлаждают, потом снимают напряжение и извлекают электрет. Обоснуйте данную технологию получения электрета. Предложите другие способы получения электретов. Микрофон на электретах (закороченный электрет), газовая зажигалка и прибор, вызывающий электрошок.

Пробой диэлектрика(вещество и пробивная напряженность поля): воздух (3·10⁶ Н/Кл), трансформаторное масло (18·10 Н/Кл), парафин (30·10⁶ Н/Кл), слюда (200·10⁶ Н/Кл).

Демонстрация электрического пробоя воздуха и оргстекла. Тепловой пробой (разогрев диэлектрика). У какого из материалов наилучшие изолирующие свойства?

IV. Задачи:

1. Какого размера должна быть проводящая сфера, чтобы удержать в воздушной среде заряд 1 Кл?

2. Стеклянная пластинка расположена перпендикулярно однородному электрическому полю напряженностью 10⁴ Н/Кл. Найти напряженность поля в пластинке, а также плотность связанных зарядов, возникающих на поверхностях пластинки.

3. По бесконечной пластинке из диэлектрика толщиной d равномерно распределен электрический заряд с объемной плотностью ρ. Определите напряженность электрического поля на расстоянии х от центра пластины. Диэлектрическая проницаемость ε.

4. Диполь, состоящий из двух разноименных зарядов величиной 1,6·10^–19 Кл и массой 70·10^–27 кг каждый, расположенных на расстоянии 10 нм, удерживаются в однородном электрическом поле с напряжен­ностью 20 кВ/м перпендикулярно силовым линиям. Какую максимальную угловую скорость будет иметь диполь, если его отпустить?

Вопросы:

1. Почему крупицы манки (диэлектрические стрелки) ориентируются вдоль силовых линий электрического поля?

2. Наэлектризованный металлический шарик опустили на дно сухой стеклянной пробирки и поднесли ее к электроскопу. Разойдутся ли листочки электроскопа?

3. В результате пробоя твердого диэлектрика он оказывается непри­годным к дальнейшему применению, а жидкие и газообразные диэлектри­ки могут подвергаться многократному испытанию на прочность. Почему?

4. Когда обкладки плоского конденсатора не параллельны друг другу, то диэлектрик между ними будет перемещаться, если конденсатор зарядить? В какую сторону?

5. Как ведет себя электрический диполь в неоднородном электрическом поле или почему заряженное тело притягивает мелкие кусочки бумаги?

6. Можно ли стекло резать в воде ножницами? Почему?