Вопрос 41

ДИЭЛЕКТРИКИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ Диэлектриками называют тела, не проводящие электрического тока.Термин <диэлектрик> введен М. Фарадеем для обозначения веществ, через которые проникают электрические поля, в отличие от металлов, внутри которых электростатического поля нет. К диэлектрикам относят твердые тела, такие, как эбонит, фарфор, жидкости (например, чистая вода), газы. Условно выделим три класса диэлектриков: 1) с полярными молеку­лами; 2) с неполярными молекулами; 3) кристаллические.К первому классу принадлежат такие вещества, как вода, нитро­бензол и др. Ко второму классу диэлектриков относят такие вещества (напри­мер, водород, кислород и др.), молекулы которых при отсутствии электрического поля не имеют дипольных моментов. Третий класс - кристаллические диэлектрики (например, NaCl), решетка которых состоит из положительных и отрицательных ио­нов. Все эти процессы, происходящие в разных диэлектриках, нахо­дящихся в электрическом поле, объединяют общим термином поляризация, т.е. приобретение диэлектриком полярности. Для первого класса диэлектриков характерна ориентационная поляризация, для второго - электронная, т.е. смещение главным образом электронов, для третьего - ионная. Такая классификация условна, так как в реальном диэлектрике могут одновременно существовать все виды поляризации.Изменение напряженности электрического поля, в котором находится диэлектрик, будет влиять на состояние его поляризации. Для оценки состояния поляризации диэлектрика вводят величину, называемую поляризованностъю, среднее значение которой равно отношению суммарного электрического момент элемента диэлек­трика к объему этого элемента:Р_е = ∑ P_i/V Единицей поляризованности является кулон на квадратный метр(Кл/м²).При поляризации диэлектрика на одной его поверхности (грани) создаются положительные заря­ды, а на другой - отрицательные. Эти электрические заряды называют связанными, так как они принад­лежат молекулам диэлектрика (или кристаллической решетке при ионной поляризации) и не могут перемещаться в отрыве от молекул или быть удалены с по­верхности диэлектрика в отличие от свободных зарядов, которых в идеальном диэлектрике нет.При возрастании напряженности электрического поля упорядо­чивается ориентация молекул (ориентационная поляризация), увеличиваются дипольные моменты молекул (электронная поляри­зация), а также происходит смещение <подрешеток> (ионная поля­ризация) - все это приводит к увеличению поверхностной плот­ности а_св связанных электрических зарядов.ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТВ кристаллических диэлектриках поляризация может возникнуть при отсутствии электрического поля при деформации. Это явление получило название пьезоэлектрическою эффекта (пьезоэффекта).Различают поперечный пьезоэффект и продольный. Пьезоэлектрический эффект обусловлен деформацией элемен­тарных кристаллических ячеек и сдвигом подре-шеток относительно друг друга при механичес­ких деформациях. Поляризованность при не­больших механических деформациях пропор­циональна их величине. Пьезоэффект возникает в кварце, сегнетовой соли и других кристаллах, в которых элементарная ячейка решетки не имеет центра симметрии.Оба пьезоэффекта - прямой и обратный - применяют в тех случаях, когда необходимо преобразовать механическую величину в электрическую, или наоборот.Так, прямой пьезоэффект используют в медицине - в датчиках для регистрации пульса, в технике - в адаптерах, микрофонах и для измерения вибраций, а обратный пьезоэффект - для создания механических колебаний и волн ультразвуковой частоты. Существенный пьезоэффект возникает в костной ткани при наличии сдвиговых деформаций.Причина эффекта - деформация коллагена - основного белка со­единительной ткани. Поэтому пьезоэлектрическими свойствами обладают также сухожилия и кожа. При нормальной функциональ­ной нагрузке, а также при отсутствии дефектов в строении кости в ней существуют только деформации сжатия — растяжения и пьезо­эффект отсутствует. Когда что-то ненормально и возникает сдвиго­вая деформация, то возникает пьезоэффект. МАГНИТНЫЕ МОМЕНТЫ ЭЛЕКТРОНА, АТОМА И МОЛЕКУЛЫОпыт показывает, что на пробную рамку с током в магнитном поле действует момент силы М, зависящий от ряда фак­торов, в том числе и от ориентации рамки. Максимальное значение Мпах зависит от магнитного поля, в котором находится контур, и от самого контура: силы тока /, протекающего по нему, и площади 5", охватываемой контуром, т. е.М_тх ~IS. ВеличинуРм = IS называют магнитным моментом контура с током. Таким образом,Mmax ~ р_к. Магнитный момент - векторная величина. Для плоского контура с током вектор р_т направлен перпендикулярно плоскости контура и связан с направлением тока /правилом правого винта. Магнитный момент является характеристикой не только контура током, но и многих элементарных частиц (протоны, нейтроны, электроны и т.д.), определяя поведение их в магнитном поле. Единицей магнитного момента служит ампер-квадратный метр (А-м²). Магнитный момент элементарных частиц, ядер, атомов и молекул выражают в особых единицах, называемых или атомным (µб)> или ядерным (µя), магнетоном Бора:µб = 0,927-10-²³ А-м² (Дж/Тл), µя = 0,505-10-²⁶ А-м² (Дж/Тл).НАПРЯЖЕННОСТЬ МАГНИТНОГО ПОЛЯ. ЗАКОН БИО -САВАРА - ЛАПЛАСА И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ Отношение Н = В/µ = B/µ_гµ₀ где µ_г и µ – относительные и абсолютные магнитные проницаемости. называют напряженностью магнитного поля. Она не зависит от свойств среды, а определяется только силой тока, протекающего по контуру, и геометрией опыта: формой контура и его расположением относительно точки А. Векторы Н и Б совпадают по направлению.Напряженность магнитного поля, созданного постоянным током, можно вычислить, используя закон Био — Савара — Лапласа.Ж.Б. Био и Ф. Савар установили этот закон, экспериментально опреде­лив действие токов различной формы на магнитную стрелку. П.С. Лаплас проанализировал данные, полученные Био и Саваром, и нашел, что напря­женность магнитного поля любого тока слагается из напряженностей полей, создаваемых его отдельными элементами.закон Био — Савара — Лапласа: dH=k Idlsina/r2