Изолятор это в физике

Содержание

Слово электричество происходит от греческого названия янтаря — ελεκτρον.
Янтарь — это окаменевшая смола хвойных деревьев. Древние заметили, что если потереть янтарь куском ткани, то он будет притягивать легкие предметы или пыль. Это явление, которое мы сегодня называем статическим электричеством, можно наблюдать, и натерев тканью эбонитовую или стеклянную палочку или же просто пластмассовую линейку.

Пластмассовая линейка, которую хорошенько потерли бумажной салфеткой, притягивает мелкие кусочки бумаги (рис. 22.1). Разряды статического электричества вы могли наблюдать, расчесывая волосы или снимая с себя нейлоновую блузку или рубашку. Не исключено, что вы ощущали электрический удар, прикоснувшись к металлической дверной ручке после того, как встали с сиденья автомобиля или прошлись по синтетическому ковру. Во всех этих случаях объект приобретает электрический заряд благодаря трению; говорят, что происходит электризация трением.

Все ли электрические заряды одинаковы или существуют различные их виды? Оказывается, существует два вида электрических зарядов, что можно доказать следующим простым опытом. Подвесим пластмассовую линейку за середину на нитке и хорошенько потрем ее куском ткани. Если теперь поднести к ней другую наэлектризованную линейку, мы обнаружим, что линейки отталкивают друг друга (рис. 22.2, а).
Точно так же, поднеся к одной наэлектризованной стеклянной палочке другую, мы будем наблюдать их отталкивание (рис. 22.2,6). Если же заряженный стеклянный стержень поднести к наэлектризованной пластмассовой линейке, они притянутся (рис. 22.2, в). Линейка, по-видимому, обладает зарядом иного вида, нежели стеклянная палочка.
Экспериментально установлено, что все заряженные объекты делятся на две категории: либо они притягиваются пластмассой и отталкиваются стеклом, либо, наоборот, отталкиваются пластмассой и притягиваются стеклом. Существуют, по-видимому, два вида зарядов, причем заряды одного и того же вида отталкиваются, а заряды разных видов притягиваются. Мы говорим, что одноименные заряды отталкиваются, а, разноименные притягиваются.

Американский государственный деятель, философ и ученый Бенджамин Франклин (1706-1790) назвал эти два вида зарядов положительным и отрицательным. Какой заряд как назвать, было совершенно безразлично;
Франклин предложил считать заряд наэлектризованной стеклянной палочки положительным. В таком случае заряд, появляющийся на пластмассовой линейке (или янтаре), будет отрицательным. Этого соглашения придерживаются и по сей день.

Разработанная Франклином теория электричества в действительности представляла собой концепцию «одной жидкости»: положительный заряд рассматривался как избыток «электрической жидкости» против ее нормального содержания в данном объекте, а отрицательный — как ее недостаток. Франклин утверждал, что, когда в результате какого-либо процесса в одном теле возникает некоторый заряд, в другом теле одновременно возникает такое же количество заряда противоположного вида. Названия «положительный» и «отрицательный» следует поэтому понимать в алгебраическом смысле, так что суммарный заряд, приобретаемый телами в каком-либо процессе, всегда равен нулю.

Проводники и изоляторы

Например, когда пластмассовую линейку натирают бумажной салфеткой, линейка приобретает отрицательный заряд, а салфетка-равный по величине положительный заряд. Происходит разделение зарядов, но их сумма равна нулю.
Этим примером иллюстрируется твердо установленный закон сохранения электрического заряда, который гласит:

Суммарный электрический заряд, образующийся в результате любого процесса, равен нулю.

Отклонений от этого закона никогда не наблюдалось, поэтому можно считать, что он столь же твердо установлен, как и законы сохранения энергии и импульса.

Электрические заряды в атомах

Лишь в прошлом столетии стало ясно, что причина существования электрического заряда кроется в самих атомах. Позднее мы обсудим строение атома и развитие представлений о нем более подробно. Здесь же кратко остановимся на основных идеях, которые помогут нам лучше понять природу электричества.

По современным представлениям атом (несколько упрощенно) состоит из тяжелого положительно заряженного ядра, окруженного одним или несколькими отрицательно заряженными электронами.
В нормальном состоянии положительный и отрицательный заряды в атоме равны по величине, и атом в целом электрически нейтрален. Однако атом может терять или приобретать один или несколько электронов. Тогда его заряд будет положительным или отрицательным, и такой атом называют ионом.

В твердом теле ядра могут колебаться, оставаясь вблизи фиксированных положений, в то время как часть электронов движется совершенно свободно. Электризацию трением можно объяснить тем, что в различных веществах ядра удерживают электроны с различной силой.
Когда пластмассовая линейка, которую натирают бумажной салфеткой, приобретает отрицательный заряд, это означает, что электроны в бумажной салфетке удерживаются слабее, чем в пластмассе, и часть их переходит с салфетки на линейку. Положительный заряд салфетки равен по величине отрицательному заряду, приобретенному линейкой.

Обычно предметы, наэлектризованные трением, лишь некоторое время удерживают заряд и, в конечном итоге, возвращаются в электрически нейтральное состояние. Куда исчезает заряд? Он «стекает» на содержащиеся в воздухе молекулы воды.
Дело в том, что молекулы воды полярны: хотя в целом они электрически нейтральны, заряд в них распределен неоднородно (рис. 22.3). Поэтому лишние электроны с наэлектризованной линейки будут «стекать» в воздух, притягиваясь к положительно заряженной области молекулы воды.
С другой стороны, положительный заряд предмета будет нейтрализоваться электронами, которые слабо удерживаются молекулами воды в воздухе. В сухую погоду влияние статического электричества гораздо заметнее: в воздухе содержится меньше молекул воды и заряд стекает не так быстро. В сырую дождливую погоду предмет не в состоянии надолго удержать свой заряд.

Диэлектрическая поляризация [ ]

Основы атомной модели [ ]

Dielectric model

Классический подход к диэлектрической модели, материала состоит из атомов. Каждый атом состоит из облака отрицательного заряда (электронов), привязанных к и окружающим положительный точечный заряд облаком отрицательного заряда (электронами) в центре. В присутствии электрического поля заряда облако искажается, как показано в правой верхней части фигуры.

Это может быть сведен к простой диполи [1] , используя принцип суперпозиции [2]. Диполь характеризуется дипольным моментом [3], векторная величина, показанная на рисунке синяя стрелка с надписью M. Это связь между электрическим полем и дипольным моментом, что порождает поведение диэлектрика. (Обратите внимание, что дипольный момент пунктов в том же направлении, что и электрическое поле на рисунке. Это не всегда так, и это сильное упрощение, но это справедливо для многих материалов.)

Когда электрическое поле удаляется атом возвращается в исходное состояние. Время, необходимое для этого является так называемая релаксация [4] времени; экспоненциального распада.

В этом и заключается суть модели в физике. Поведение диэлектрическое теперь зависит от ситуации. Чем сложнее ситуация, тем богаче модель должна быть точно описана поведением. Важные вопросы:

  • Создается электрическое поле, постоянное или оно меняется со временем? По какой ставке?
  • Не ответ зависит от направления приложенного поля (изотропность [5] материала)?
  • Ответ везде одинаковый (однородность материала)?
  • Делать каких-либо границ или интерфейсы должны быть учтены?
  • Это отклик линейноcти систем [6] относительно поля, или есть нелинейности [7] систем ?

Связь между электрическим полем E и дипольным моментом M порождает поведение диэлектрической проницаемости, которая для данного материала, может быть охарактеризована функцией F и определяется уравнением:

Когда оба типа электрического поля и тип материала были определены, затем выбирается одна простейшая функция F , которая правильно предсказывает явления интересов. Примеры явлений, которые так можно смоделировать включают в себя:

  • Показатель преломления
  • Дисперсии групповых скоростей
  • Двойное лучепреломление
  • Дипольная поляризация [ ]

Ионная поляризация [ ]

См. также [ ]

  • Оптическое волокно
  • Диэлектрический волновод
  1. ↑ Quote from Encyclopædia Britannica: «Dielectric, insulating material or a very poor conductor of electric current. When dielectrics are placed in an electric field, practically no current flows in them because, unlike metals, they have no loosely bound, or free, electrons that may drift through the material.»
  2. ↑ Quote from Encyclopædia Britannica: «Dielectric, insulating material or a very poor conductor of electric current. When dielectrics are placed in an electric field, practically no current flows in them because, unlike metals, they have no loosely bound, or free, electrons that may drift through the material.»
  3. ↑ Arthur R. von Hippel, in his seminal work, Dielectric Materials and Applications, stated: «Dielectrics. are not a narrow class of so-called insulators, but the broad expanse of nonmetals considered from the standpoint of their interaction with electric, magnetic, or electromagnetic fields. Thus we are concerned with gases as well as with liquids and solids, and with the storage of electric and magnetic energy as well as its dissipation.» (Technology Press of MIT and John Wiley, NY, 1954).

Изолятор это в физике

По поведению зарядов в наэлектризованном теле все вещества делятся на проводники и изоляторы (диэлектрики). В диэлектриках сообщённый им заряд остаётся в том месте, куда он был помещён при электризации. В проводниках сообщённый заряд может свободно перемещаться по всему телу. Именно поэтому проводящие тела можно заряжать электризацией через влияние. Почти все природные материалы попадают в одну из этих двух резко различных категорий. Есть, однако, вещества (среди которых следует назвать кремний, германий, углерод), принадлежащие к промежуточной, но тоже резко обособленной категории. Их называют полупроводниками.

С точки зрения атомной теории электроны в изоляторах связаны с атомами очень прочно, в то время как в проводниках многие электроны связаны с атомами очень слабо и могут свободно перемещаться внутри вещества. Такие электроны называют «свободными», или электронами проводимости. Слово «свободными» взято в кавычки, так как свойства электронов в металле значительно отличаются от свойств действительно свободных электронов в вакууме. В металлических телах – проводниках электричества – число свободных электронов огромно. Проиллюстрируем это утверждение на следующем примере.

Оцените число `n` свободных электронов в `V=1″м»^3` меди, считая, что в меди в среднем в расчёте на один атом свободным является один электрон. Плотность меди `rho=8,9*10^3 «кг»//»м»^3`, в `M=64` г меди содержится `N_A=6,02*10^(23)` атомов.

Согласно условию число свободных электронов в любом объёме меди равно числу атомов в нём. Поэтому определим число атомов в объёме `V`. Для этого следует массу меди `rhoV` разделить на `M` и умножить на `N_A`, т. е.

Найденная величина называется концентрацией носителей.

ИЗОЛЯТОР — это. Значение слова ИЗОЛЯТОР

1. Физ. Вещество, не проводящее электрического тока; диэлектрик.

2. Прибор из фарфора, пластических масс и т. д. для подвешивания проводов и кабелей или для ввода проводов в здание. Высоковольтные изоляторы. Подвесные изоляторы.

3. Особое помещение для больных или других лиц, нуждающихся в изоляции.

Оцените этот блок: 0 0

Изоля́тор — средство для отделения, обособления или отграничения чего-либо от остальной среды.

В электродинамике, электротехнике и радиотехнике:

  • Материалы
  • Изолятор — материал, практически не проводящий электрический ток
  • Электроизоляционный материал — диэлектрик, специально предназначенный для отделения одного проводника от другого
  • Изолятор линейный — устройство для изоляции воздушных линий электропередачи, выполненное из диэлектрика
  • Изолятор оптический — средство гальванической развязки электрических цепей, основанное на преобразовании электрический сигнал — свет — электрический сигнал
  • Изолятор металлический — элемент, служащий для крепления проводников линии передачи и их электрической изоляции друг от друга на фиксированной частоте без применения электроизоляционных материалов

В социальной среде:

  • Изолятор (в медицине):
  • изолятор инфекционный — помещение для отграничения, медицинского наблюдения и лечения пациента(ов) с заразным для человека (передающимся от человека к человеку) инфекционным заболеванием, лиц бывших с ними в контакте, лиц подозрительных на такое заболевание, от среды здоровых людей с целью их разобщения и предупреждения дальнейшего распространения инфекции;
  • изолятор для психических больных — помещение для временного размещения и оказания медицинской помощи лицам с психическим состоянием опасным для окружающих, до их госпитализации в профильный стационар.
  • «Изолятор» — московский завод «Изолятор» им. А. Баркова, основанный в 1896 году.
  • Изолятор — изолированная пешка.
  • «Изолятор» — альбом группы «Пилот» 2015 года.

Оцените этот блок: 0 0

Проводники

Проводимость в кристалле металла

Самыми лучшими проводниками являются металлы. Происходит это потому, что ядра атомов с электронами внутренних электронных оболочек (ионы) образуют плотную регулярную пространственную структуру – кристаллическую решетку, электроны внешних оболочек оказываются «общими» для соседних ионов и могут достаточно свободно перемещаться от одного иона к другому.

Металлическая кристаллическая решетка

Электроны движутся хаотически, но если возникает электрическое поле, то электроны начинают двигаться упорядочено, а поскольку тормозящих сил нет – легко возникает электрический ток.

Примерами хороших проводников являются такие металлы, как серебро, медь, алюминий.

Хотя скорость движения электронов по проводнику невысока (миллиметры в секунду), само электрическое поле распространяется с очень большой скоростью, сравнимой со скоростью света.

Проводимость растворов

Поскольку чистая дистиллированная вода практически не содержит свободных зарядов, она не может проводить электрический ток. Однако, если в воде растворено другое вещество, (например, обычная поваренная соль), то под действием молекул воды нейтральная молекула этого вещества распадается на заряженные части (ионы). И теперь при появлении электрического поля ионы придут в упорядоченное движение, возникнет электрический ток.

Ионная проводимость растворов

Поскольку ионы в растворе значительно тяжелее электронов в металле, растворы хуже проводят электричество, по сравнению с металлами.

Проводимость газов

Газы, как правило, состоят из отдельных, хаотично движущихся и достаточно далеко отстоящих друг от друга молекул. Поэтому они не проводят электрический ток. Однако, если внешними воздействиями создавать внутри газа заряженные частицы (ионы), то газ начинает проводить электрический ток. Такими воздействиями может быть нагревание, либо создание такого большого электрического поля, что его сил оказывается достаточно для разрушения внешних электронных оболочек. Газ при этом ионизируется, и возникает разряд – тлеющий или искровой.

Тлеющий или искровой газовый разряд

Диэлектрики

Если среда содержит очень мало свободных зарядов (или не содержит их вообще), такая среда не может проводить электрический ток и является непроводником (диэлектриком, изолятором).

В отличие от кристаллов проводников, кристаллы диэлектрика имеют такую пространственную структуру, что внешние электроны не могут далеко удалиться от ионов. В результате даже при приложении достаточно большого внешнего электрического поля ток в диэлектрике не возникает. Типичными примерами непроводников является стекло или пластмассы.

Жидкости-диэлектрики – это жидкости, в которых нет растворенных примесей, а молекулы этих жидкостей сами по себе ионами не являются, например, дистиллированная вода.

Газы в нормальных условиях, как уже было сказано выше, содержат очень мало заряженных частиц, и являются хорошими изоляторами. Примером может являться обычный воздух.

Граница между проводниками и непроводниками достаточно условна. Кроме того, существуют вещества, занимающие промежуточное положение, они называются полупроводниками. В таких веществах количество свободных зарядов не так велико, как в металлах, однако, значительно больше, чем в диэлектриках. К типичным полупроводникам относится кремний.

Поляризация атомов

Тот факт, что заряды изолятора не могут двигаться не означает, что они не могут растягиваться. Давайте посмотрим что происходит с одиночным атомом диэлектрика под воздействием внешнего электрического поля.

Под действием электрического поля на электроны и ядро атома действует сила, которая «растягивает» атом. В данном примере на атом действует разность потенциалов двух противоположно заряженных пластин. Атом в целом электронейтрален, но составляющие его заряды – нет. В результате электроны притягиваются высоким потенциалом, а ядро атома – низким. Сила притяжения невелика, но ее достаточно чтобы вызвать небольшое смещение зарядов относительно центральной оси атома. Таким образом, с обеих сторон создается разница в заряде.

Список похожих презентаций

Проводники и диэлектрики в электростатическом поле

Проводники и диэлектрики в электростатическом поле

Проводники. Вещества, хорошо проводящие электрические заряды: все металлы и их расплавы, водные растворы солей и кислот, тело человека и др. Вещество .

Электроскоп. Электрометр. Проводники и непроводники. Делимость электрического заряда

Электроскоп. Электрометр. Проводники и непроводники. Делимость электрического заряда

Электроскоп. прибор для обнаружения электрических зарядов и приблизительного определения их величины. Если к положительно заряженному электроскопу .

Проводники и диэлектрики

Проводники и диэлектрики

Проводники и диэлектрики в электрическом поле Заряженные частицы, которые могут свободно перемещаться в электрическом поле, называют свободными зарядами, .

Проводники и диэлектрики в электростатическом поле

Проводники и диэлектрики в электростатическом поле

План:. 1.Проводники и диэлектрики. 2. Проводники в электростатическом поле. 3. Диэлектрики в электростатическом поле. Два вида диэлектриков. 4.Диэлектрическая .

Проводники и диэлектрики

Проводники и диэлектрики

Проводники и диэлектрики в электростатическом поле. План лекции:. 1.Проводники и диэлектрики. 2. Проводники в электростатическом поле. 3. Диэлектрики .

Проводники в электростатическом поле

Проводники в электростатическом поле

Проводники в электростатическом поле Диэлектрики в электростатическом поле. — металлы; жидкие растворы и расплавы электролитов; плазма. Проводники .

Проводники в электрическом поле диэлектрики в электрическом поле

Проводники в электрическом поле диэлектрики в электрическом поле

Проводники. Проводниками называются такие материалы, в которых имеются свободные носители электрических зарядов. Заряд внутри проводника. По принципу .

Проводники в электрическом поле

Проводники в электрическом поле

Т.к. E0 = E1, то E = E0-E1= 0 Электрическое поле внутри проводника отсутствует. При равновесии зарядов электрическое поле внутри проводника отсутствует, .

Проводники в электрическом поле

Проводники в электрическом поле

Свободные заряды – заряженные частицы одного знака, способные перемещаться под действием электрического поля. Связанные заряды – разноименные заряды, .

Конспекты

Электризация тел. Два рода зарядов. Взаимодействие заряженных тел. Электроскоп. Проводники и непроводники электричества

Урок в 8 классе. Тема урока:. Электризация тел. Два рода зарядов. Взаимодействие заряженных тел. Электроскоп. Проводники и непроводники электричества. .

Проводники в электростатическом поле. Диэлектрики в электростатическом поле

Урок. (2 часа). Тема. :. Проводники в электростатическом поле. Диэлектрики в электростатическом поле. Цели. : 1. Разделить все вещества по .

Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий