Проводники во внешнем электрическом поле

Проводниками называются тела имеющие свободные заряженные частицы Одним из примеров проводников являются металлы Как известно к металлам с точки зрения химии относят вещества которые имеют на внешних оболочках в атомах один или несколько электронов Реально эти электроны так слабо притягиваются к ядру атома что большее время проводят  переходя от одного атома к другому Для того чтобы они оторвались от атома необходима очень маленькая сила именно поэтому эти электроны в металле считаются свободными заряженными частицами и называют электронами проводимости Под действием электрического поля электроны проводимости начинают упорядоченно двигаться против поля

Рассмотрим поведение проводника (металла) помещенного в однородное электрическое поле В начальный момент проводник считаем нейтральным (тот факт что в проводнике есть свободные заряженные частицы еще не говорит о том что проводник заряжен) Электроны проводимости равномерно распределены внутри проводника Как только появляется внешнее электрическое поле на эти электроны начинает действовать сила Кулона и они начинают двигаться против поля При этом на одной поверхности металла появляется избыточный отрицательный заряд что эквивалентно появлению на противоположной поверхности положительного заряда Эти заряды образуют свое (внутреннее ) электрическое поле которое противоположно внешнему По мере накопления свободных зарядов на поверхностях суммарное электрическое поле по принципу суперпозиций начинает уменьшаться и в некоторый момент времени становится равным нулю - движение свободных зарядов прекращается

Вывод Внутри проводника помещенного во внешнее электрическое поле напряженность суммарного поля равна нулю

Диэлектрики во внешнем электрическом поле

Диэлектриками называют тела не имеющие свободных заряженных частиц

замечание Деление на проводники и диэлектрики достаточно условно потому что в любом теле есть свободные заряженные частицы Разница заключается в том что в проводниках количество свободных заряженных частиц сравнимо с количеством атомов (молекул) тогда как в диэлектриках количество свободных зарядов на несколько порядков меньше чем число атомов

Рассмотрим поведение атомов и молекул под действием внешнего электрического поля

Как известно атом является электрически нейтральным (положительный заряд ядра по модулю равен отрицательному заряду электронов В силу симметрии положительный и отрицательный заряды можно считать сосредоточенными в центре атом Под действием электрического поля центр положительного заряда смещается по направлению поля а центр отрицательного - против поля Атом превращается в электрически несимметричную систему - электрический диполь

Электрическим диполем называется система двух зарядов равных по модулю и противоположных по знаку расположенных на небольшом расстоянии друг от друга

У полярных молекул изначально центры положительного и отрицательного зарядов не совпадают так что они могут быть представлены в виде электрических диполей ориентированных в теле беспорядочным образом Под действием внешнего поля эти молекулы меняют ориентацию ( поворачиваются на некоторый угол в зависимости от величины поля)

Неполярные молекулы под действием электрического поля подобно рассмотренной выше ситуации с атомами превращаются в электрические диполи

Рассмотрим поведение диэлектрика  помещенного во внешнее электрическое поле

Под действием поля неполярные молекулы становятся диполями те в целом происходит смещение положительного заряда по направлению поля а отрицательного - против поля На поверхности с одной стороны появляется заряд одного знака а с другой заряд противоположного знака Полярные молекулы меняют свою ориентацию что в конечном итоге приводит к тому же перераспределению зарядов Появление на поверхности зарядов приводит к появлению внутреннего электрического поля  направленного противоположно внешнему Тогда по принципу суперпозиций суммарное поле внутри диэлектрика становится меньше внешнего Таким образом диэлектрики ослабляют электрическое поле Степень этого ослабления характеризуется физической величиной - диэлектрической проницаемостью

обозначение 

безразмерная величина

формула  = (314)

где Ео - значение напряженности электрического поля в вакууме

Е - значение напряженности суммарного электрического поля внутри диэлектрика

Таким образом диэлектрическая проницаемость показывает во сколько раз поле в вакууме больше поля внутри диэлектрика

Так как поле в диэлектрике ослабевает в  раз то и сила Кулона также уменьшается в  раз и в формуле (32) в знаменатель необходимо поставить диэлектрическую проницаемость