- •❶ Электрический заряд. Закон кулона.
- •❷Напряжённость электростатического поля. Принцип суперпозиции. Силовые линии электростатического поля.
- •❸ Потенциал и энергия электростатического поля. Эквипотенциальные поверхности.
- •❺ Связь между энергией и силой Кулона, напряжённостью и потенциалом.
- •❼ Вычисление напряжённости поля вблизи бесконечной плоскости, нити с поверхностной плотностью заряда σ и линейной плотностью заряда τ.
- •❽ Вычисление напряжённости поля вблизи заряженных сферы и шара.
- •❾ Электрическое поле в диэлектриках. Полярные и неполярные диэлектрики.
- •❿ Поляризация диэлектриков. Вектор поляризации. Дипольный электрический момент
- •❶❶ Поток вектора электрического смещения
- •❶❸ Электроёмкость заряженных тел, конденсатора
- •❶❹Энергия заряженных тел, конденсаторов
- •❶❼ Электродвижущая сила. Работа сторонних сил
- •❶❾ Правила Кирхгофа
❾ Электрическое поле в диэлектриках. Полярные и неполярные диэлектрики.
Диэлектрик (изолятор) — материал, плохо проводящий или совсем не проводящий электрический ток. Концентрация свободных носителей заряда в диэлектрике не превышает 108 см−3. Основное свойство диэлектрика состоит в способности поляризоваться во внешнем электрическом поле.
Диэлектрики бывают полярные и неполярные.
Связанные заряды проявляют в диэлектрике свои свойства под действием внешнего электрического поля соблюдая правила:
-
связанные заряды не перемещаются по веществу под действием внешнего поля.
-
связанные заряды не могут передаваться с одного тела на другое.
В исходном состоянии связанные заряды могут перераспределяться двумя способами:
-
общий центр " -" зарядов может совпадать с центром " +" зарядов (например, в атоме центр " +" зарядов (ядро) может совпадать с центром " -" зарядов (центр окружностей вращающихся электронов));
-
общий центр " +" зарядов не совпадает с общим центром " -" зарядов.
Тогда первые называются неполярные диэлектрики, а вторые называются полярные диэлектрики: например, Н2, N2, ССl4, CO2, O2, ... , неполярные NaCl, и другие соли - полярные.
В диэлектрике наличие электрического поля не препятствует равновесию зарядов. Сила, действующая на заряды в диэлектрике со стороны электрического поля, уравновешивается внутримолекулярными силами, удерживающими заряды в пределах молекулы диэлектрика, так что в диэлектрике возможно равновесие зарядов, несмотря на наличие электрического поля.
При достаточно большой напряженности поля и в диэлектрике возможно заметное перемещение зарядов, ведущее к пробою диэлектрика.
❿ Поляризация диэлектриков. Вектор поляризации. Дипольный электрический момент
Поляризация представляет собой обратимое смещение электрически заряженных частиц, входящих в состав диэлектрика, при приложении к нему электрического поля.
Поляризация диэлектрика - состояние диэлектрика, которое характеризуется наличием электрического момента у любого элемента его объема. Различают поляризацию, возникающую под действием внешнего электрического поля, и спонтанную (самопроизвольную) поляризацию, существующую в отсутствие поля. В некоторых случаях поляризация диэлектрика появляется под действием механических напряжений, сил трения или вследствие изменения температуры. Поляризация не изменяет суммарного заряда в любом макроскопическом объеме внутри диэлектрика. Однако она сопровождается появлением на поверхности диэлектрика связанных электрических зарядов с поверхностной плотностью δ. Эти связанные заряды создают в диэлектрике дополнительное макроскопическое поле с напряженностью Е1, направленное против внешнего поля с напряженностью Е0. Результирующая напряженность поля Е внутри диэлектрика Е=Е0-Е1.
Для характеристики диэлектрика вводится величина, равная отношению результирующего дипольного момента к объему диэлектрика V, которая называется поляризованностью (вектор поляризации)
В неполярных диэлектриках
где n0 – объемная концентрация молекул в диэлектрике.
Дипольный момент — физическая величина, характеризующая электрические свойства системы заряженных частиц. Для системы из N частиц дипольный момент равен
где — заряд частицы с номером i, а — её радиус-вектор; — число положительно/отрицательно заряженных частиц, N = +, — их заряды.
Дипольный момент нейтральной системы зарядов не зависит от начала координат, а определяется относительным расположением (и величинами) зарядов в системе.
В случае диполя (две частицы с разноимёнными зарядами) электрический дипольный момент равен произведению положительного заряда диполя на расстояние между зарядами и направлен от отрицательного заряда к положительному.
Магнитный дипольный момент контура с током пропорционален произведению силы тока на площадь контура и направлен перпендикулярно плоскости контура так, что с его конца ток виден текущим против часовой стрелки.
Дипольный момент определяет электрическое (магнитное) поле диполя на большом расстоянии от него, а также воздействие на диполь внешнего электрического (магнитного) поля.
Дипольный момент молекул измеряется в Дебаях.