Какое название носят вещества которые почти не проводят электрический ток

Ответ на вопрос в сканворде (кроссворде) «Вещество, плохо проводящее электрический ток», 10 букв (первая — д, последняя — к):

д и э л е к т р и к

(ДИЭЛЕКТРИК) 0 0

Другой ответ: изолятор

Другие определения (вопросы) к слову «диэлектрик» (16)

  1. Вещество, плохо проводящее ток
  2. Плохо проводит ток
  3. Физический термин
  4. Вещество, слабо проводящее электрический ток
  5. Изолятор
  6. И резина, и стекло, но не медь
  7. Ток плохо проводит
  8. Как можно назвать обычную дистиллированную воду, если рассматривать ее с точки зрения электродинамики
  9. https://sinonim.org/sc
  10. Вещество, практически не проводящее электрический ток; изолятор
  11. Вещество или материал, не проводящий электрический ток
  12. Материал, не проводящий ток
  13. Синоним изолятор
  14. Резина как «антипроводник»
  15. Вещество, плохо проводящее электрический ток, непроводник
  16. Не является проводником тока
  17. Вещество с шириной запрещённой зоны больше 3 эВ
  1. физ. (физическое) материал, обладающий малой электропроводностью; изолятор ◆ Эффект-то существовал, но использовать его на практике было невозможно: чтобы диэлектрик в диэлектрике как следует раскрутился, нужно подать огромное напряжение — до 100 киловольт и более, при котором у диэлектрика начинают проявляться некоторые свойства проводника. Борис Руденко, «Водяной монолит и каменная река», 2009 // «Наука и жизнь» ◆ Не исключено, что удастся получить полимеры с проводниковыми свойствами, и быть может, когда-нибудь токонесущие провода и кабели будут выглядеть так: полимер внутри полимера, причём первый из них — типичный проводник, а второй — наш старый знакомый диэлектрик . Б. Кренцель, В. Павлов, «Полимеры от А до Я», 1965 // «Химия и жизнь»

ДИЭЛЕ́КТРИК, -а, м. Физ. Вещество, плохо проводящее электрический ток.

Диэле́ктрик (изолятор) (от древне-греческого διά «через; раздельно», и древне-греческое ἤλεκτρον — «янтарь») — вещество (материал), относительно плохо проводящее электрический ток. Электрические свойства диэлектриков определяются их способностью к поляризации во внешнем электрическом поле. Термин введён в науку английским физиком М. Фарадеем.

Концентрация свободных носителей заряда в диэлектрике не превышает 10 8 см −3 . В электродинамике диэлектрик — среда с малым на рассматриваемой частоте значением тангенса угла диэлектрических потерь ( t g δ ≪ 1 ,delta ll 1> ), в такой среде сила тока проводимости много меньше силы тока смещения.

Под «идеальным диэлектриком» понимают среду со значением t g δ = 0 ,delta =0> , прочие диэлектрики называют «реальными» или диэлектриками (средами) «с потерями». С точки зрения зонной теории твёрдого тела диэлектрик — вещество с шириной запрещённой зоны больше 3 эВ.

ФИЗИКИ не знают, что такое ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК. 7 крамольных фактов об ЭЛЕКТРИЧЕСТВЕ

Исследование диэлектрических свойств касается хранения и рассеивания электрической и магнитной энергии в материалах. Понятие диэлектрики важны для объяснения различных явлений в электронике, оптике, физике твердого тела и клеточной биофизике.

Свойства изолирующих веществ: физические свойства

К ним относят электроны, плазменные, пироэлектрические, сегментные электролиты, сегментированные электролиты, сегментированные изоляции, релаксаторы и магниты сегментированные. Диэлектрические материалы, одни из самых широко распространенных классов электротехнического оборудования. Необходимость применения свойств данных материалов стало абсолютно необходимым.

Пассивные свойства диэлектриков используют как электроизоляционные материалы для обычного конденсатора. Материалы электроизоляции являются диэлектрическими, не позволяющими выводить из строя электрические цепи или проводящие части устройства, аппараты и приборы от проводящих и непроводящих части от корпуса и земли.

В таких случаях проницаемость диэлектрического материала играет особую роль, или должно быть максимально меньше для того, чтобы в цепи не было паразитных емкостей. Если материал применяется в качестве диэлектрического носителя для конденсаторов с определенным объемом и меньшим размером, то материал должен обладать более высокой диэлектрической постоянной при других равных условиях. Активные управляемые диэлектрики — сегнетоэлектрики, плазмоэлектрики, пироэлектрики, электрические материалы для лазерного излучения и затвора. Материалы, имеющие удельное электрическое сопротивление 10-5 Ом, условно называются проводниками, а диэлектрические материалы — это материалы 108 Ом.

При этом следует учитывать, что постоянное сопротивление лучшего проводника может быть только 10-8 Ом, а лучшие диоды имеют постоянное сопротивление более 1016 Ом. Удельное сжатие полупроводника может быть колебаться в колебаниях от 10 до 108 Ом в соответствии со структурой и составом материала и условиями эксплуатации, а также с точки зрения конструкции и структуры материалов.

Кроме электротехнического материала спрос на диодные материалы растет ежедневно. В связи с этим увеличивается потенциал государственных предприятий промышленности, частных компаний, развивается государственная и негосударственная организация и учреждения. Высокая потребность в диэлектрических материалах также связана с ростом разнообразия электросвязных устройств 1-3.

Технологии используют различные виды диэлектриков, полученные при переработке природных материалов и химикатов. Материалы для электроэнергетики, применяемые в промышленности, могут быть условно классифицированы на:

Структурная схема классификации диэлектрических материалов

Оказывается, диэлектрическое действие материалов зависит от расположения атома и молекулы кристаллической решетки. Химические компоненты материала, структура, симметрия и упорядоченность кристаллических решеток определяют и диэлектрическое свойство материала, и зависимость его от внешнего воздействия, в том числе температуры.

Нет времени решать самому?

Наши эксперты помогут!

Нужна помощь

Классификация материалов для диэлектрического питания

В соответствии с этими факторами любая отдельная диэлектрическая жидкость может обладать различными изоляционными свойствами, которые определяют область применения ее. Отметим, что на сегодняшний день не существует одного подхода по оценке материалов с диэлектрическими материалами. В этой статье собрана информация о действующем диэлектрическом материале, проанализированы его плюсы и минусы.

Разработаны структурные схемы для того, чтобы представить классификацию диэлектрического материала. На основе схемы было построено разделение всех видов диэлектрического материала в зависимости от особенностей их изготовления и методов производства.

Если остановиться на наборе материалов для диодов, которые следуют из рисунков, то мы увидим следующее. В промышленности широко используются диэлектрические материалы с органическими или неорганическими элементами. Неорганический химический материал известен как соединение углерода и других элементов. В связи с тем, что углерод имеет повышенную способность образовать химические соединения, его задача состоит в образовании соединений цепных или разветвленных молекул, которые можно образовать только из углеродных атомов или из углеродных атомов с углеродными атомами между ними, а также из углеродных атомов с углеродными атомами.

При развитии электротехнической отрасли параллельно развивалось производство минерального диэлектрического материала. Технология производства минеральных диодов и различных их видов улучшилось так, что эти диоды, благодаря дешевизне и высоким диэлектрическим параметрам, стали превращаться в природные, химические диоды.

В состав минеральных диэлектрических материалов входят:

  • Стекло конденсационного стекла, санитарного стекла, лампового стекла, щелочного стекла, не щелочного стекла и других является аморфным веществом, являясь сложной комбинацией различных окислов. Благодаря содержанию в стекле оксидов, таких как SiO2-, CaO-, Al2-O3- и др. диэлектрические качества стекла существенно улучшаются.
  • Стекло эмалевое – это материал тонкого слоя, который наносят на металлическую поверхность и другие предметы, чтобы защитить их от ржавчины.
  • Материалы для уплотнения – кристаллы с силикатами; — Материалы для уплотнения фарфора, мыльного камня.
  • Миканиты.
  • Асбестоцементный асбест — название этой группы минералов волокнистого происхождения, являющихся волокнистыми разновидностями минерального хризолита, 3МгО 2СИО2 2Х2О.

Из вышеприведенного краткого обзора диэлектрических изделий становится понятно разнообразие материалов для диэлектрических изделий. Несмотря на такой большой ассортимент доступных материалов, не всегда они могут замениться друг с другом. В большинстве случаев область применения диодов зависит в основном от их невысокой стоимости, простоты применения, физических и иных вторичных свойства.

Кроме электроизоляционных свойств, важную роль играют и механические, и тепловые, и прочие физиологические свойства, в том числе способность материала подвергаться определённой обработке, чтобы получить необходимые продукты, а еще цена, и недостаток материала. Поэтому выбирают различные материалы для различных применений.

Тест с ответами на тему: «Электротехника»

3. Закон Джоуля – Ленца:
а) определяет зависимость между ЭДС источника питания, с внутренним сопротивлением
б) работа производимая источникам, равна произведению ЭДС источника на заряд, переносимый в цепи
в) количество теплоты, выделяющейся в проводнике при прохождении по нему электрического тока, равно произведению квадрата силы тока на сопротивление проводника и время прохождения тока через проводник +

4. Необходимо определить сопротивление нити электрической лампы мощностью 100 Вт, если лампа рассчитана на напряжение 220 В:
а) 488 Ом +
б) 625 Ом
в) 523 Ом

5. Назовите физическую величину, которая характеризует быстроту совершения работы:
а) напряжение
б) сопротивление
в) мощность +

6. Сила тока в электрической цепи 2 А при напряжении на его концах 5 В. Найдите сопротивление проводника:
а) 4 Ом
б) 2,5 Ом +
в) 10 Ом

7. Диэлектрики, длительное время сохраняющие поляризацию после устранения внешнего электрического поля:
а) пьезоэлектрический эффект
б) сегнетоэлектрики
в) электреты +

8. Какое название носят вещества, которые почти не проводят электрический ток:
а) диэлектрики +
б) сегнетоэлектрики
в) электреты

9. Наименьший отрицательный заряд имеют именно эти частицы:
а) протон
б) электрон +
в) нейтрон

10. Что такое участок цепи:
а) замкнутая часть цепи
б) графическое изображение элементов
в) часть цепи между двумя точками +

11. Что преобразует энергию топлива в электрическую энергию:
а) гидроэлектростанции
б) тепловые электростанции +
в) гетроэлектростанции

12. Для регулирования в цепи чего применяют реостат:
а) сопротивления
б) мощности
в) напряжения и силы тока +

13. Как называется устройство, состоящее из катушки и железного сердечника внутри ее:
а) электромагнит +
б) батарея
в) аккумулятор

14. Что такое диполь:
а) абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума
б) два разноименных электрических заряда, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга +
в) выстраивание диполей вдоль силовых линий электрического поля

15. Как называется часть генератора, которая вращается:
а) ротор +
б) статор
в) катушка

16. В цепь с напряжением 250 В включили последовательно две лампы, рассчитанные на это же напряжение. Одна лампа мощностью 500 Вт, а другая мощностью 25 Вт. Необходимо определить сопротивление цепи:
а) 2045 Ом
б) 2625 Ом +
в) 238 Ом

17. Трансформатором тока называют:
а) трансформатор, первичная обмотка которого электрически не связана со вторичными обмотками
б) трансформатор, питающийся от источника напряжения
в) трансформатор, питающийся от источника тока +

18. Магнитный поток Ф является величиной:
а) механической
б) векторной +
в) скалярной

19. Как называется совокупность витков, образующих электрическую цепь, в которой суммируются ЭДС, наведённые в витках:
а) плоская магнитная система
б) изоляция
в) обмотка +

20. Электрической цепью называют:
а) совокупность устройств, предназначенных для прохождения электрического тока +
б) устройство для измерения ЭДС
в) упорядоченное движение заряженных частиц в проводнике

21. Кто впервые глубоко и тщательно изучил явления в электрических цепях:
а) Фарадей
б) Максвелл
в) Георг Ом +

22. Как называется часть цепи между двумя точками:
а) ветвь
б) участок цепи +
в) контур

23. Сила тока в проводнике:
а) прямо пропорционально напряжению на концах проводника +
б) обратно пропорционально напряжению на концах проводника
в) обратно пропорционально напряжению на концах проводника и его сопротивлению

24. Какую энергию потребляет из сети электрическая лампа за 2 часа, если ее сопротивление 440 Ом, а напряжение сети 220 В:
а) 240 Вт/ч
б) 220 Вт/ч +
в) 340 Вт/ч

25. Потенциал точки это:
а) разность потенциалов двух точек электрического поля
б) абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума
в) называют работу, по перемещению единичного заряда из точки поля в бесконечность +

26. Носители заряда:
а) электроны
б) отрицательные ионы
в) положительные ионы
г) все из перечисленного +

27. Где используется тепловое действие электрического тока:
а) в электроутюгах +
б) в электродвигателях
в) в генераторах

28. Источник электроэнергии, который выдает переменный ток:
а) гальваническая батарейка
б) аккумулятор
в) сеть 220 +

29. Как соединены устройства потребления электрической энергии в квартире:
а) последовательно
б) параллельно +
в) и так, и так

30. При измерении силы тока амперметр включают в цепь:
а) последовательно с тем прибором, силу тока в котором измеряют +
б) параллельно с источником тока
в) параллельно с тем прибором, силу тока в котором измеряют

Поляризация диэлектриков в отсутствии электрического поля

В ряде твёрдых диэлектриков (пироэлектриках, сегнетоэлектриках, пьезоэлектриках, электретах) поляризация может существовать и без электрического поля, т. е. может быть вызвана другими причинами. Так, в пироэлектриках заряды располагаются столь несимметрично, что центры тяжести зарядов противоположного знака не совпадают, т. е. диэлектрик спонтанно поляризован. Однако поляризация в пироэлектриках проявляется только при изменении температуры, когда компенсирующие поляризацию электрические заряды не успевают перестроиться. Разновидностью пироэлектриков являются сегнетоэлектрики, спонтанная поляризация которых может существенно изменяться под влиянием внешних воздействий (температуры, электрического поля). В пьезоэлектриках поляризация возникает при деформации кристалла, что связано с особенностями их кристаллической структуры. Поляризация в отсутствии поля может наблюдаться также в некоторых веществах типа смол и стёкол, называемых электретами.

Электрическая проводимость диэлектриков мала, но всегда отлична от нуля. Подвижными носителями заряда в диэлектриках могут быть электроны и ионы. В обычных условиях электронная проводимость диэлектриков мала по сравнению с ионной. Ионная проводимость может быть обусловлена перемещением как собственных ионов, так и примесных. Возможность перемещения ионов по кристаллу связана с наличием дефектов в кристаллах . Если, например, в кристалле есть вакансия , то под действием поля соседний ион может занять её, во вновь образовавшуюся вакансию может перейти следующий ион и т. д. В итоге происходит движение вакансий, которое приводит к переносу заряда через весь кристалл. Перемещение ионов происходит и в результате их перескоков по междоузлиям. С ростом температуры ионная проводимость возрастает. Заметный вклад в электрическую проводимость диэлектриков может вносить поверхностная проводимость ( поверхностные явления ).

Пробой диэлектриков

Плотность электрического тока j j через диэлектрик пропорциональна напряжённости электрического поля E boldsymbol E (закон Ома): j = σ E =σboldsymbol j = σ E , где σ σ – электрическая проводимость диэлектрика. Однако в достаточно сильных полях ток нарастает быстрее, чем по закону Ома. При некотором критическом значении E пр boldsymbol_ E пр ​ наступает электрический пробой диэлектрика. Величина E пр boldsymbol_ E пр ​ называется электрической прочностью диэлектрика . При пробое почти весь ток течёт по узкому каналу ( шнурование тока ). В этом канале j j достигает больших величин, что может привести к разрушению диэлектрика: образуется сквозное отверстие или диэлектрик проплавляется по каналу. В канале могут протекать химические реакции; например, в органических диэлектриках осаждается углерод, в ионных кристаллах – металл (металлизация канала) и т. п. Пробою способствуют всегда присутствующие в диэлектрике неоднородности, поскольку в местах неоднородностей поле E boldsymbol E может локально возрастать.

В твёрдых диэлектриках различают тепловой и электрический пробои. При тепловом пробое с ростом j j растёт количество теплоты, выделяемое в диэлектрике, и, следовательно, температура диэлектрика, что приводит к увеличению числа носителей заряда n n и уменьшению удельного электрического сопротивления ρ ρ . При электрическом пробое с ростом поля возрастает генерация носителей заряда под действием поля и ρ ρ тоже уменьшается.

Электрическая прочность жидких диэлектриков в сильной степени зависит от чистоты жидкости. Наличие примесей и загрязнений существенно понижает E пр boldsymbol_ E пр ​ . Для чистых однородных жидких диэлектриков E пр boldsymbol_ E пр ​ близка к E пр boldsymbol_ E пр ​ твёрдых диэлектриков. Пробой в газе связан с ударной ионизацией и проявляется в виде электрического разряда.

Электролиты и неэлектролиты

Электроли́т — вещество, которое проводит электрический ток вследствие диссоциации на ионы, что происходит в растворах и расплавах, или движения ионов в кристаллических решётках твёрдых электролитов.

Неэлектролиты — вещества, растворы или расплавы которых не проводят электрический ток. К ним относятся: кислород, водород, многие органические вещества (сахара, эфиры, бензол и др.). В молекулах этих веществ существуют ковалентные неполярные или малополярные связи.

Анион — отрицательно заряженный ион. Характеризуется величиной отрицательного заряда. Например:

  • Cl(−) — однозарядный анион
  • SO4(2−) — двухзарядный анион

Катио́н — положительно заряженный ион. Характеризуется величиной положительного электрического заряда. Например:

  • NH4(+) — однозарядный катион
  • Ca(2+) — двухзарядный катион

Диэлектрики Диэлектриками называются вещества, которые не проводят электрический ток

Диэлектрики Диэлектриками называются вещества, которые не проводят электрический ток icon

Диэлектриками называются вещества, которые не проводят электрический ток. Диэлектрики также называют изоляторами. В диэлектриках, в отличие от проводников, нет свободных носителей заряда – заряженных частиц, которые могли бы прийти под действием электрического поля в упорядоченное движение и образовать ток проводимости. Точнее, у диэлектриков концентрация свободных носителей заряда в раз меньше, чем у проводников.

При внесении диэлектрического стержня в однородное электростатическое поле, он будет поворачиваться, стремясь расположиться нормально силовым линиям поля. Если поле неоднородно, то стержень будет не только поворачиваться, но и втягиваться в область более сильного поля. Это поведение похоже на поведение металлического стержня. Однако если в момент нахождения в электростатическом поле стержень разделить пополам, то каждая часть будет вести себя также. Это поведение можно объяснить, допустив, что в диэлектрике возникают наведeнные заряды. Однако их нельзя снять. В отличие от свободных зарядов проводников, заряды диэлектриков являются связанными.

Все молекулы диэлектрика электрически нейтральны: суммарный заряд электронов и атомных ядер, входящих в состав молекулы, равен нулю. В первом приближении молекулу можно рассматривать как электрический диполь с дипольным электрическим моментом, , где q – суммарный положительный заряд всех атомных ядер в молекуле, а – вектор, проведeнный из «центра тяжести» электронов в молекуле в «центр тяжести» положительных зарядов атомных ядер. Как всякий электрический диполь, молекула создаeт электрическое поле.

Диэлектрик называется неполярным (диэлектриком с неполярными молекулами), если в отсутствие внешнего электрического поля «центры тяжести» положительных и отрицательных зарядов в молекуле этого диэлектрика совпадают и дипольные моменты молекул равны нулю (и другие). Во внешнем электрическом поле происходит деформация электронных оболочек атомов и молекул. «Центры тяжести» положительных и отрицательных зарядов смещаются друг относительно друга . Неполярная молекула при этом приобретает во внешнем электрическом поле индуцированный (наведeнный) дипольный электрический момент, пропорциональный напряжeнности поля :

где – поляризуемость молекулы, зависящая только от объeма молекулы. Неполярная молекула подобна квазиупругому диполю, длина плеча которого пропорциональна растягивающей силе, т.е. пропорциональна напряженности внешнего электрического поля. Тепловое движение неполярных молекул никак не влияет на возникновение у них индуцированных дипольных электрических молекул: векторы всегда совпадают по направлению с вектором , а поляризуемость не зависит от температуры.

Полярным диэлектриком (диэлектриком с полярными молекулами) называется такой диэлектрик, молекулы или атомы которого имеют электроны, расположенные несимметрично относительно атомных ядер ( и др.). В таких молекулах «центры тяжести» положительных и отрицательных зарядов не совпадают даже в отсутствие внешнего электрического поля. Молекулы полярных диэлектриков по своим свойствам подобны жестким диполям, у которых имеется постоянный (по модулю) электрический дипольный момент .

В однородном внешнем электрическом поле на жeсткий диполь действует пара сил, вращательный момент которой равен:

Если диполь находится в неоднородном поле, то на него кроме вращающего момента действует и результирующая сила:

Поляризация диэлектриков

Если полярный диэлектрик не находится во внешнем электрическом поле, то в результате теплового движения молекул векторы и дипольных моментов ориентированы хаотически, а сумма дипольных моментов всех молекул, содержащихся в любом макроскопически малом объеме диэлектрика, равна нулю.

В неполярном диэлектрике, не находящемся во внешнем электрическом поле, равны нулю дипольные моменты каждой отдельной молекулы.

При внесении диэлектрика во внешнее электрическое поле происходит поляризация диэлектрика, состоящая в том, что в любом малом его объеме возникает отличный от нуля суммарный дипольный момент молекул. Диэлектрик в таком состоянии называется поляризованным. В зависимости от строения молекул или атомов диэлектрика различают три типа поляризации:

а) Ориентированная поляризация полярных молекул.

При этом возникает преимущественная ориентация дипольных электрических моментов молекул вдоль поля, возрастающая с увеличением напряженности электрического поля и с уменьшением температуры.

б) Электронная (деформационная) поляризация неполярных диэлектриков. Под действием внешнего электрического поля возникают индуцированные дипольные моменты, направленные вдоль поля. Тепловое движение молекул не оказывает влияния на электрическую поляризацию.

в) Ионная поляризация, имеющих ионную кристаллическую решетку.

Количественной мерой поляризации диэлектрика служит вектор поляризованностью . Поляризованностью (вектором поляризации) называется отношение электрического дипольного момента малого объема диэлектрика к величине этого объeма:

где – электрический дипольный момент i-й молекулы, n – общее число молекул в объеме . Этот объем должен быть столь малым, чтобы в его пределах электрическое поле можно было считать однородным. Число молекул n в объем должно быть достаточно велико, для того, чтобы к ним можно было применить статистические методы исследования.

Для неполярного диэлектрика в электрическом поле напряженности :

где – концентрация молекул, – индуцированный дипольный момент одной молекулы, – относительная диэлектрическая восприимчивость вещества (безразмерная величина).

Для полярного диэлектрика в электрическом поле:

где – среднее значение вектора дипольного момента для всех молекул n, содержащихся в малом .

Для случая поляризации диэлектриков в слабых электрических полях:

причем , где k – постоянная Больцмана, Т – термодинамическая температура.

Эти формулы справедливы для электрически изотропных диэлектриков. Для них –скалярная величина, совпадает с направлением . Если диэлектрик анизотропен, то его – величина тензорная. Вектора и коллинеарны лишь в определенных направлениях .

Рассмотрим кусок однородного диэлектрика, имеющего форму косого параллелепипеда. Поместим его в однородное электрическое поле, направленное параллельно боковым ребрам. На основаниях параллелепипеда появятся поляризованные заряды с поверхностной плотностью . На боковых гранях поляризованных граней не возникнет.

S – площадь основания, – дипольный момент диэлектрика, – вектор поляризации, .

Следовательно: . Домножим данное выражение скалярно на : – эта формула справедлива в общем случае. Поверхностная плотность поляризационных зарядов равна проекции вектора поляризации на внешнюю нормаль.

Вычислим поляризационный заряд, поступающий через замкнутую поверхность S в объем V при поляризации: . При однородной поляризации: . Запишем теорему Гаусса в случае существования свободных и поляризационных зарядов:

. Но ; , – электрическое смещение (электрическая индукция).

Теорема Гаусса для диэлектриков:

Дифференциальная форма теоремы Гаусса:

Используя, что , запишем: ; – относительная диэлектрическая проницаемость среды.

Электромагнитное поле

Ранее были рассмотрены основные законы электрических и электромагнитных явлений: теорема Остроградского-Гаусса, закон полного тока и закон электромагнитной индукции. Эти законы являются обобщением экспериментальных фактов. Они позволяют решать основную задачу, возникающую при изучении электромагнитных явлений: по заданному распределению зарядов и токов определить созданные ими в каждой точке пространства электрические и магнитные поля.

В конце 60-х годов XIX столетия Максвелл, основываясь на идеях Фарадея об электрическом и магнитном полях, обобщил законы, установленные экспериментальным путем, и разработал законченную теорию единого электромагнитного поля, создаваемого системой зарядов и токов.

Теория Максвелла – теория феноменологическая. Это значит, что внутренний механизм явлений, происходящих в среде и вызывающих появление электрических и магнитных полей, в теории не рассматриваются.

Электрические и магнитные свойства среды характеризуются в теории Максвелла тремя величинами: относительной диэлектрической проницаемостью , относительной магнитной проницаемостью и удельной электропроводностью .

Теория Максвелла является макроскопической теорией электромагнитного поля. В ней рассматриваются электрические и магнитные поля, создаваемые макроскопическими зарядами и токами, то есть зарядами, которые сосредоточены в объемах, значительно больших, чем объемы отдельных атомов и молекул. Кроме того, предполагается, что расстояние от источников полей до рассматриваемых точек пространства также во много раз больше размеров молекул. Поэтому заметные изменения полей, исследуемых в теории Максвелла, возможны только на протяжении расстояний, огромных по сравнению с размерами атомов и молекул.

В действительности, макроскопические заряды и токи представляют собой совокупности микроскопических зарядов и токов, которые создают свои электрические и магнитные поля, непрерывно изменяющиеся в каждой точке пространства. Поэтому и результирующие электрические и магнитные поля всегда переменны. Эти поля получили название микрополей. Следовательно, в теории Максвелла рассматриваются усредненные электрическое и магнитное поля, причем усреднение соответствующих микрополей производится для интервалов времени, значительно больших периодов обращения или колебания элементарных зарядов, и для участков поля, объемы которых во много раз больше объемов атомов и молекул.

Теория Максвелла основана на том, что электрические и магнитные взаимодействия происходят при посредстве электрических и магнитных полей, в которых они распространяются с конечной скоростью. Огромное значение имело открытие Максвеллом того факта, что скорость распространения электрических и магнитных взаимодействий равна скорости света в данной среде. Теория Максвелла – теория близкодействия.

Первое уравнение Максвелла

(закон электромагнитной индукции)

При изучении электромагнитной индукции подчеркивалось, что индуцированная ЭДС вихревого электрического тока определяется изменением магнитного потока: поскольку , то по времени должна быть записана частная производная, если площадка неподвижна и недеформируема.

, но в силу потенциальности поля.

– первое уравнение Максвелла в интегральной форме.

Магнитный поток рассчитывается через произвольную поверхность , опирающуюся на контур , по которому берется циркуляция напряженности электрического поля. Максвелл предложил считать, что полученное выражение справедливо для любого другого замкнутого контура, произвольно выбранного в переменном магнитном поле: циркуляция вектора напряженности электрического поля по произвольному замкнутому контуру равна взятой с отрицательным знаком скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную контуром.

Второе уравнение Максвелла

(обобщенный закон полного тока)

Из закона полного тока

где – токи, охватываемые контуром , следует, что источником магнитного поля являются упорядоченно движущиеся электрические заряды (электрический ток). Максвелл предположил, что помимо токов, связанных с упорядоченным движением зарядов, источником возникновения магнитного поля является также переменное электрическое поле. Действительно, по теореме Остроградского-Гаусса:

где – алгебраическая сумма электрических зарядов, охватываемых замкнутой поверхностью; – вектор индукции электрического поля ( – вектор поляризации, – относительная диэлектрическая проницаемость среды, – вектор напряженности электрического поля, ).

Продифференцируем записанное уравнение по времени: – правая часть этой формулы имеет размерность силы тока. Но: , поэтому – называют плотность тока смещения.

Ток смещения – численное значение нормальной составляющей плотности тока, обусловленного не движением свободных электрических зарядов (ток проводимости), а изменением во времени электрического поля. Именно существование тока смещения обуславливает существование в разомкнутой цепи (конденсатор) переменного тока.

В 1876 году английский физик Генри Роуланд показал на опыте, что ток, создаваемый движущимся заряженным телом (конвенционный ток) связан с таким же магнитным полем, как равный ему ток в неподвижном проводнике. Позже в 1903 году русским ученым А.А.Эйхенвальдом экспериментально изучено магнитное поле тока смещения и тока поляризации.

– второе уравнение Максвелла в интегральной форме.

Циркуляция напряженности магнитного поля по произвольному контуру L равна полному току (смещения и проводимости), пронизывающему любую поверхность S, опирающуюся на этот контур.

Третье уравнение Максвелла

(теорема о потоке электрического смещения)

Поток вектора электрического смещения , через произвольную замкнутую поверхность S, охватывающую свободные заряды q, равен алгебраической сумме последних:

– третье уравнение Максвелла в интегральной форме.

где – объемная плотность заряда.

Четвертое уравнение Максвелла

(теорема о магнитном потоке)

Магнитный поток через произвольную замкнутую поверхность всегда равна нулю:

– четвертое уравнение Максвелла в интегральной форме.

Это означает, что поле вектора является чисто вихревым (или, что не существует магнитных зарядов).

Дифференциальная форма уравнений Максвелла

Чаще используется дифференциальная форма записи уравнений Максвелла, которая позволяет описать электромагнитное поле в любой точке пространства. Для получения уравнений Максвелла в дифференциальной форме используем теорему Остроградского-Гаусса и теорему Стокса.

Поскольку объем и площади интегрирования произвольны, то должны быть равны подинтегральные функции:

Число переменных 6 (1 скалярная величина и 5 векторных величин). Максвелл ввел, три характеристики среды – электропроводность, – диэлектрическая проницаемость, – магнитная проницаемость и уравнения, связывающие эти характеристики с векторами электромагнитного поля (материальные уравнения):

Полученная система уравнений является полной:

Эту систему уравнений дополняют уравнением, выражающим силовое взаимодействие зарядов, токов и магнитных полей:

Опыт с электроскопом

Простейшим прибором для обнаружения электрического заряда является электроскоп. Своё название устройство получило от греческого слова skopeo — наблюдать. Первый прибор был создан физиком Уильямом Гильбертом в 1600 году. Его принцип действия основан на способности разноимённых зарядов притягиваться, а одноимённых — отталкиваться. Простейший электроскоп состоит из металлического стержня, на конце которого закреплён проводящий электричество шар. С обратной стороны через скобу прикреплены два лепестка из тонкой бумаги. Стержень установлен в прозрачный сосуд.

Для проведения опыта понадобится выполнить следующее:

Опыт с электроскопом

  1. Диэлектрик, например, эбонитовую палочку, поднести к шару на расстояние 3−5 миллиметров от его поверхности. При этом можно будет наблюдать, как лепесточки разойдутся на определённый угол. Произойдёт это из-за того, что возникнет электрическое поле, которое разъединит по знакам носители заряда. В результате на лепестки перейдут одноимённые частицы, что и заставит их отталкиваться друг от друга. Если палочку отвести произойдёт выравнивание, заряды равномерно распределятся, и устройство придёт в первоначальное состояние.
  2. Этот опыт можно повторить с другим диэлектриком, например, стеклянной палочкой. Если её поднести к шару, то на нём будут собираться электроны, а на лепестках соберётся положительный заряд. Как только палочка будет убрана, разделение зарядов пропадёт.
  3. Теперь диэлектриком можно коснуться шара. Лепестки разойдутся на определённый угол. После того как непроводник будет убран, заряд на шаре останется. Разрядить устройство, возможно, просто коснувшись шара рукой.

Эти эксперименты показывают, что любой материал обладает электрическим зарядом. Но несмотря на это диэлектрик является изолятором, то есть не пропускает через свою структуру электрический ток. В то же время если он начинает проходить, то в этом случае говорят о пробое. Зависит параметр от величины напряжения и толщины электроизоляционного материала.

Существует разновидность электроскопа — электрометр. В нём вместо лепестков используется стрелка и проградуированная шкала. Поэтому с его помощью можно не только обнаружить заряд, но и определить его количественное значение.

Примеры непроводников

Из определения диэлектрика следует, что это тело, которое препятствует прохождению через себя электроэнергии. Даже с греческого dia electric переводится как «материал, плохо проводящий ток». Вот почему его можно просто назвать изолятором. Из наиболее ярких представителей непроводников можно перечислить следующие:

Диэлектрические материалы

  • эбонит;
  • стекло;
  • пластмассы;
  • неупорядоченные полимеры;
  • янтарь;
  • керамика;
  • резина;
  • капрон;
  • шёлк;
  • ситаллы;
  • смола;
  • воздух;
  • дерево.

Существуют и так называемые экзотические диэлектрики. Они обладают свойствами, делающими их использование нетривиальным. Например, электреты. Это непроводники, у которых поляризация существует и при отсутствии внешнего поля. По сути, они аналоги постоянного магнита. Если проводник при электромагнитном воздействии намагничивается, то обычный диэлектрик поляризуется. Электрет же находится в таком состоянии постоянно. А это значит, что вещество вокруг себя создаёт электрическое поле. Это свойство используют в микрофонах, генераторах, электрометрах.

Ещё одним видом интересного непроводника является сегнетоэлектрик. Это диэлектрик, у которого диэлектрическая проницаемость аномально высокая: E > 10 3 . Правда, этот параметр у такого типа веществ сильно зависит от напряжённости поляризующего поля и температуры. Его граничное значение, при котором пропадают свойства сегнетоэлектриков, называют температурой Кюри. К ярким представителям этого класса можно отнести: сегнетовую соль (KnaC4H4O6 * 4H2O), титанат бария (BaTiO3).

В природе бывают также и диэлектрики, у которых поляризация появляется без всякого воздействия внешнего механического поля при механической деформации.

Титанат бария

К ним относится: сегнетовая соль, титанат бария, кварц. Если по кристаллу таких диэлектриков просто ударить, то на гранях вещества появятся электрические заряды. В результате можно будет даже получить искру. Это свойство используется в устройствах автоматического поджига, например, газовых горелках, зажигалках.

Стоит отметить и изоляторы Мота. Это вещества с кристаллической решёткой, которые вопреки теории физики проводников являются изоляторами. Эффект возможен из-за того, что сила межэлектродного взаимодействия намного больше энергии зарядов. Такими свойствами обладают многие редкоземельные металлы, например купрат.

Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий