Номер 1, страница 402 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Параграф 86. Электрическое поле в веществе. 15. Энергия электромагнитного взаимодействия неподвижных зарядов. Электростатика - номер 1, страница 402.

Условие.

1. На какие группы по степени подвижности электрических зарядов делят все вещества? Чем определяется подвижность заряженных частиц в среде?

Решение.

На какие группы по степени подвижности электрических зарядов делят все вещества?

По степени подвижности электрических зарядов, а точнее, по способности проводить электрический ток (электропроводности), все вещества условно делят на три основные группы:

1. Проводники – вещества, которые хорошо проводят электрический ток. В них имеется очень большое количество свободных (или слабо связанных) заряженных частиц, которые могут упорядоченно двигаться под действием электрического поля. К проводникам относятся металлы (носители заряда – свободные электроны), электролиты (растворы и расплавы солей, кислот, щелочей, в которых носителями заряда являются положительные и отрицательные ионы), а также плазма (ионизированный газ).

2. Диэлектрики (изоляторы) – вещества, которые очень плохо проводят электрический ток. В диэлектриках практически отсутствуют свободные заряженные частицы. Электроны в атомах диэлектриков прочно связаны с ядрами и не могут свободно перемещаться по объему вещества. Их электропроводность в $10^{15}–10^{22}$ раз меньше, чем у проводников. Примерами диэлектриков являются стекло, фарфор, резина, большинство пластмасс, сухой воздух, дистиллированная вода.

3. Полупроводники – вещества, занимающие по своей электропроводности промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Концентрация свободных носителей заряда в полупроводниках значительно меньше, чем в проводниках, но больше, чем в диэлектриках. Важнейшей особенностью полупроводников является сильная зависимость их проводимости от внешних условий: температуры, освещенности, наличия примесей. К полупроводникам относятся, например, кремний (Si), германий (Ge), арсенид галлия (GaAs).

Ответ: Все вещества по степени подвижности электрических зарядов делят на проводники, диэлектрики и полупроводники.

Чем определяется подвижность заряженных частиц в среде?

Подвижность заряженных частиц ($\mu$) – это физическая величина, характеризующая способность частиц двигаться в среде под действием электрического поля. Она определяется как отношение модуля средней скорости упорядоченного движения (дрейфовой скорости) $v_d$ частиц к напряженности электрического поля $E$:

$\mu = \frac{|v_d|}{|E|}$

Подвижность заряженных частиц в среде определяется несколькими ключевыми факторами:

1. Свойствами самих носителей заряда. К ним относятся масса частицы (или эффективная масса в кристаллах) и ее электрический заряд. Как правило, частицы с меньшей массой более подвижны, так как их легче ускорить электрическим полем.

2. Свойствами среды, в которой движутся частицы. Важнейшими являются температура, кристаллическая структура (для твердых тел), плотность и вязкость (для жидкостей и газов). Например, в металлах и полупроводниках с ростом температуры подвижность электронов падает из-за их более частого рассеяния на колебаниях кристаллической решетки (фононах). В электролитах, наоборот, с ростом температуры вязкость растворителя обычно уменьшается, что приводит к увеличению подвижности ионов. Наличие дефектов в кристалле, примесей также снижает подвижность, создавая дополнительные центры рассеяния.

3. Характером взаимодействия частиц со средой. Подвижность обратно пропорциональна частоте столкновений (рассеяния) носителей заряда с частицами среды (атомами, ионами, фононами, дефектами). Чем длиннее средняя длина свободного пробега частицы между столкновениями, тем большую скорость она успевает набрать под действием поля, и тем выше ее подвижность.

Ответ: Подвижность заряженных частиц в среде определяется свойствами самих частиц (масса, заряд), свойствами среды (температура, структура, плотность, вязкость) и характером взаимодействия частиц со средой, который выражается в частоте их столкновений с частицами среды.