что такое индуцированные заряды
Индуцированный заряд
Электростатическая индукция — явление наведения собственного электростатического поля, при действии на тело внешнего электрического поля. Явление обусловлено перераспределением зарядов внутри проводящих тел, а также поляризацией внутренних микроструктур [1] у непроводящих тел. Внешнее электрическое поле может значительно исказиться вблизи тела с индуцированным электрическим полем.
Содержание
Электростатическая индукция в проводниках
Перераспределение электронов в хорошо проводящих металлах при действии внешнего электрического поля происходит до тех пор, пока заряды практически полностью не скомпенсируют внешнее электрическое поле внутри тела. При этом на противоположных сторонах [2] проводящего тела появятся противоположные наведённые(индуцированные) заряды.
Электростатическая индукция в диэлектриках
Диэлектрики в электростатическом поле поляризуются.
Применение
Наиболее массовое применение находит основанная на данном явлении электростатическая защита приборов и соединительных цепей.
Данный эффект используется в ряде приборов, например в генераторе Ван де Граафа.
Ссылки
Примечания
Полезное
Смотреть что такое «Индуцированный заряд» в других словарях:
индуцированный заряд — наведённый заряд — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы наведённый заряд EN induced chargeinductive … Справочник технического переводчика
индуцированный заряд — indukuotasis krūvis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. induced charge vok. induzierte Ladung, f; Influenzladung, f rus. индуцированный заряд, m; наведенный заряд, m pranc. charge induite, f … Fizikos terminų žodynas
индуцированный электрический заряд — indukuotasis krūvis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Dažniausiai tai tam tikroje terpės vietoje elektromagnetinio lauko ar kitokio poveikio sukurtas elektros krūvis. atitikmenys: angl. induced electric charge vok.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
индуцированный электрический заряд — indukuotasis elektros krūvis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. induced electric charge vok. induzierte elektrische Ladung, f rus. индуцированный электрический заряд, m; наведённый электрический заряд, m pranc. charge électrique induite … Fizikos terminų žodynas
наведенный заряд — indukuotasis krūvis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. induced charge vok. induzierte Ladung, f; Influenzladung, f rus. индуцированный заряд, m; наведенный заряд, m pranc. charge induite, f … Fizikos terminų žodynas
наведенный электрический заряд — indukuotasis krūvis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Dažniausiai tai tam tikroje terpės vietoje elektromagnetinio lauko ar kitokio poveikio sukurtas elektros krūvis. atitikmenys: angl. induced electric charge vok.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
наведённый электрический заряд — indukuotasis elektros krūvis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. induced electric charge vok. induzierte elektrische Ladung, f rus. индуцированный электрический заряд, m; наведённый электрический заряд, m pranc. charge électrique induite … Fizikos terminų žodynas
Вольта Алессандро — (Volta) (1745 1827), итальянский физик и физиолог, один из основоположников учения об электричестве. Создал первый химический источник тока (1800, вольтов столб). Открыл контактную разность потенциалов. * * * ВОЛЬТА Алессандро ВОЛЬТА (Volta)… … Энциклопедический словарь
Influenzladung — indukuotasis krūvis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. induced charge vok. induzierte Ladung, f; Influenzladung, f rus. индуцированный заряд, m; наведенный заряд, m pranc. charge induite, f … Fizikos terminų žodynas
charge induite — indukuotasis krūvis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. induced charge vok. induzierte Ladung, f; Influenzladung, f rus. индуцированный заряд, m; наведенный заряд, m pranc. charge induite, f … Fizikos terminų žodynas
Индуцированный заряд
Рассмотрите индуцированный заряд в электростатической индукции. Как выглядит явление индукции электростатического поля, проводники и диэлектрики, заряд.
Электростатическая индукция – перераспределение зарядов внутри объекта, выступающее реакцией на присутствие близкого заряда.
Задача обучения
Основные пункты
Термины
Электростатическая индукция – перераспределение заряда внутри объекта. Это реакция на соседний заряд. Единица материи обычно обладает равными частями положительного и отрицательного зарядов, распределенных равномерно по объему. Так что, можно говорить, что здесь нет чистого заряда.
Если заряженная часть вещества расположена близко к незаряженной, то приводит к перераспределению заряда в нейтральном материале. Тогда электроны в нейтральном перемещаются в соответствии с зарядом соседнего заряженного тела. При положительном знаке индуктора, электроны устремятся к нему, делая незаряженный объект еще более отрицательным.
Положительный конец электростатического генератора движется рядом с незаряженным латунным цилиндром, заставляя его поляризоваться по мере того, как левый конец приобретает положительный заряд, а правый – отрицательный
Если заряженные и незаряженные тела контактируют, то создают разряд, объединяющий промежуток между ними. Основываясь на знаке заряда индуктора, электроны перейдут или уйдут из ранее незаряженного объекта. Общий заряд сберегается, а индуктор будет уменьшаться по мере передачи заряда объекту.
Субъекты, способные реагировать на индукторы, включают проводники и диэлектрики. В первом варианте поток зарядов создает сильную поляризацию. А во втором – сила относительно слабая.
Электризация под влиянием заряженного тела
Электрический заряд можно сообщить электрически нейтральному телу, даже не прикасаясь к нему, а просто располагая заряженное тело неподалеку.
Такой способ наведения заряда называется электростатической индукцией. Ее несложно продемонстрировать в проводниках.
Перегруппировка зарядов
С помощью этого способа можно сгруппировать заряды на противоположных частях проводника.
На ближайшей к заряженному телу части проводника соберутся заряды, имеющие противоположный по отношению к заряженному телу знак (рис. 1).
А на удаленной от заряженного тела части проводника, будут располагаться заряды, знак которых совпадает со знаком заряженного тела.
Если заряженное тело удалить, заряды на проводнике распределятся равномерно и проводник опять станет электрически нейтральным (рис. 2).
Суть электростатической индукции
Вокруг заряженных тел существует электрическое поле. Это поле может воздействовать на другие тела, находящиеся неподалеку. В этих телах возникает собственное электростатическое поле в ответ на воздействие поля внешнего.
Заряды, распределившиеся по частям проводника, называются индуцированными.
Электростатическая индукция – это процесс распределения зарядов в проводнике под действием внешнего электрического поля.
Под действием внешнего поля:
Можно ли сделать так, чтобы части проводника остались заряженными после удаления заряженного тела? Да.
Как оставить на теле заряд после удаления влияющего тела
Существуют два способа добиться такого эффекта.
Первый способ:
Не удаляя заряженное тело, дать стечь отрицательному заряду с проводника (рис. 3).
Проводник в целом окажется заряженным положительно. Этот заряд останется на проводнике после того, как заряженное тело будет от него удалено.
Второй способ:
Не удаляя заряженное тело, разрезать проводник на две части – приближенную к заряженному телу и удаленную от него (рис. 4).
Эти части будут иметь противоположные и численно равные заряды. После удаления заряженного тела они останутся на половинках проводника.
Эксперимент – разделение зарядов
Опыт, описанный здесь, можно применять для демонстрации разделения зарядов в проводниках.
Для проведения эксперимента понадобятся:
Чтобы разделить заряды, необходимо выполнить следующую последовательность действий.
Подготовка приборов
Расположим два незаряженных электрометра на одной прямой, на небольшом расстоянии (к примеру, 0,5 м) один от другого. Располагать их нужно так, чтобы они находились перед наблюдателями, один немного левее, а второй – правее (рис. 5).
Чаши электрометров соединим куском металлической проволоки, или металлической линейкой. Желательно, чтобы в средней части проводника был изолированный участок. Он пригодится, когда потребуется разъединить заряженные приборы.
Конструкция, состоящая из двух чаш, соединительного проводника и стержней электрометров после соединения превращается в единый проводник.
Подготовка влияющего тела
Теперь необходимо подготовить (наэлектризовать) тело, которое будет влиять на электрометры и соединяющий их проводник.
Можно взять два диэлектрика и произвести их электризацию трением (рис. 6). К примеру, линейку из оргстекла можно натереть смятым сухим тетрадным листом бумаги, либо листом формата А4.
Начинаем эксперимент
Теперь нужно поднести наэлектризованное тело к одному из электрометров (рис. 7).
На рисунке наэлектризованное тело имеет отрицательный заряд, это обозначено знаками «минус».
Свободные электроны, находящиеся в проводнике, могут передвигаться по нему. Поэтому, некоторое количество электронов из ближайшего к заряженному телу электрометра перейдет по соединительному проводнику в дальний электрометр.
По закону сохранения заряда, сколько электронов ушло из одного конца проводника, столько же перейдет в другой его конец.
Приборы разъединяем
Если, не удаляя заряженное тело, убрать проводник, соединяющий приборы, то оба электрометра останутся заряженными (рис. 8). Разъединяя приборы, проводник нужно аккуратно приподнять с помощью изолятора, например – сухой деревянной линейки.
Убираем влияющее тело
Наконец, можно удалить заряженное тело, создавшее наведенный заряд (рис. 9).
Как видно из рисунка, на приборах присутствуют противоположные заряды. Для поддержания зарядов теперь не требуется наличие поблизости тела, вызвавшего электростатическую индукцию.
Выводы
В теле, помещенном во внешнее электрическое поле, появляется собственное электростатическое поле. Такое явление называют электростатической индукцией. Во время этого процесса в проводниках перераспределяются заряды, а диэлектрики поляризуются.
Проводники в электрическом поле
Заряды в веществе бывают свободными и связанными. Свободные заряды могут без затраты энергии двигаться по объему тела, участвуют в хаотическом движении и под действием электрических сил преимущественно движутся вдоль электрического поля.
Связанные заряды принадлежат данной молекуле и без больших затрат энергии не могут ее покинуть. В зависимости от концентрации свободных зарядов различают три типа веществ – проводники диэлектрики и полупроводники.
Проводник – вещество с большой концентрацией свободных зарядов. К проводникам относятся все металлы в жидком и твердом состояниях, водные растворы солей и кислот и многие другие вещества.
Если поместить проводник во внешнее электростатическое поле или зарядить его, то под действием поля свободные заряды в проводнике придут в движение. Перемещение зарядов продолжается до тех пор, пока не установится равновесное распределение зарядов, при котором электростатическое поле внутри проводника не станет равным нулю. Если бы поле не было равно нулю, то в проводнике возникло бы упорядоченное движение зарядов без затраты энергии от внешнего источника, что противоречит закону сохранения энергии.
Вектор напряженности поля на внешней поверхности проводника направлен по нормали к каждой точке его поверхности. Если бы существовала касательная составляющая поля, то заряды перемещались бы вдоль поверхности проводника, что противоречило бы равновесному распределению зарядов.
Если проводнику сообщить некоторый заряд Q, то нескомпенсированные заряды располагаются только на поверхности проводника.
Напряженность электростатического поля у поверхности проводника определяется поверхностной плотностью зарядов:
где – диэлектрическая проницаемость среды, окружающей проводник.
Отсутствие поля внутри проводника означает, что потенциал внутри проводника и во всех точках его поверхности постоянен, т.е. поверхность проводника эквипотенциальна. Соединение заряженного проводника с другим проводником приведет к тому, что заряды между проводниками перераспределяться так, чтобы потенциалы проводников выровнялись. В этом состоит принцип “заземления”, т.е. соединения проводника с Землей: потенциал заземленного проводника будет равен потенциалу Земли.
На больших расстояниях от проводника эквипотенциальные поверхности имеют характерную для точечного заряда форму сферы. По мере приближения к проводнику эквипотенциальные поверхности становятся все более сходными с поверхностью проводника, которая является эквипотенциальной. Вблизи выступов эквипотенциальные поверхности располагаются гуще, значит, и напряженность поля здесь больше. Следовательно, плотность зарядов здесь особенно велика. К этому же выводу можно прийти, учтя, что из-за взаимного отталкивания заряды стремятся расположиться как можно дальше друг от друга.
Плотность зарядов при данном потенциале проводника растет с увеличением положительной кривизны (выпуклости) и убывает с увеличением отрицательной кривизны (вогнутости).
Если во внешнее электростатическое поле внести нейтральный проводник, то свободные заряды (электроны, ионы) будут перемещаться: положительные – по полю, отрицательные – против поля.
На одном конце проводника будет скапливаться избыток положительного заряда, на другом – отрицательного. Эти заряды называются индуцированными. Процесс будет происходить до тех пор, пока напряженность поля внутри проводника не станет равной нулю, а линии напряженности вне проводника – перпендикулярными его поверхности.
Нейтральный проводник, внесенный в электрическое поле, разрывает часть линий напряженности; они заканчиваются на отрицательных индуцированных зарядах и вновь начинаются на положительных. Явление перераспределения поверхностных зарядов на проводнике во внешнем электростатическом поле называется электростатической индукцией. Индуцированные заряды появляются на проводнике вследствие смещения их под действием поля, т.е. 
является поверхностной плотностью смещенных зарядов.
Так как в состоянии равновесия заряды внутри проводника отсутствуют, то создание внутри него полости не повлияет на конфигурацию расположения зарядов и тем самым на электростатическое поле. Следовательно, внутри полости поле будет отсутствовать. Если этот проводник с полостью заземлить, то потенциал во всех точках полости будет нулевым, т.е. полость полностью изолирована от влияния внешних электростатических полей. На этом основана электростатическая защита – экранирование тел, например электрических приборов, от влияния внешних электростатических полей. Вместо сплошного проводника для защиты может быть использована густая металлическая сетка. При этом поля по обе стороны оболочки не зависят друг от друга.
Полый проводник экранирует поле только внешних зарядов. Если заряды находятся внутри полости, то индуцированные заряды возникнут на внешней и внутренней поверхностях проводника. При этом заряды распределятся так, чтобы результирующее поле зарядов внутри полости и индуцированных зарядов в любой точке в толще проводника было равно нулю. Внутри полости поле не будет равно нулю.
Свойство зарядов располагаться на внешней поверхности проводника используется для устройства электростатических генераторов, предназначенных для накопления больших зарядов и достижения разности потенциалов в несколько миллионов вольт. Электростатические генераторы применяются в высоковольтных ускорителях заряженных частиц, а также в слаботочной высоковольтной технике.