37. Диэлектрики в электрическомполе
пределение: Диэлектрики
это вещества, у которых электроны внешних
оболочек атома не могут свободно
перемещаться по объему диэлектрика под
действием сколь угодно малого внешнего
поля.
В зависимости от химического строения диэлектрики можно разделить на три группы:
1. Неполярные диэлектрики.
К ним относятся такие диэлектрики ( парафин, бензол), у которых центры сосредоточения положительных и отрицательных зарядов совпадают.
Примечание: У неполярных диэлектриков возникающий дипольный момент при наложении внешнего электрического поля является упругим и пропорционален напряженности электрического поля.
2. Полярные
диэлектрики (рис. 18.4,18.5).
К ним относятся такие диэлектрики, у которых центры сосредоточения положительных и отрицательных зарядов не совпадают.
Примечание: Отличительной особенностью полярных диэлектриков является жесткий дипольный момент ( к таким диэлектрикам относятся вода, нитробензол и т. д.).
При помещении полярного диэлектрика во внешнее электрическое поле, дипольный момент каждой молекулы будет стремиться развернуться по полю, в тоже время этому процессу препятствует тепловое хаотическое движение, таким образом дипольный момент для полярного диэлектрика является функцией зависимости Е0от температуры.
3. Ионные диэлектрики.
К ионным диэлектрикам относятся вещества, имеющие ионную структуру.
К ним относятся соли или щелочи: NaCl,KCl, и т.д.
Примечание: При помещении ионного диэлектрика во внешнее электрическое поле в отличии от полярных диэлектриков будет наблюдаться смещение положительных зарядов по полю, а отрицательных зарядов против поля. Главное отличие в том, что в разумных интервалах температур энергия связи между ионами оказывается больше, чем энергия теплового движения.
Предположим,
что плоская пластина помещена во внешнем
электрическом поле так, как показано
на рисунке 18.6. Дипольный момент пластины
в простейшем случае определяется как
сумма дипольных моментов отдельных
составляющих.
(18.1)
Введем понятие вектора поляризации:
(18.2)
Примечание: При
перераспределении зарядов в объеме
пластины происходит электризация ее
поверхности, причем поверхностная
плотность каждой из поверхностей 
и
одна
и та же.
Заметим, что в силу определения вектор поляризации параллелен и совпадает по направлению с вектором напряженности внешнего электрического поля. Для слабых полей вектор поляризации линейно зависит от напряженности внешнего электрического поля.
|
| |
|
|
|
-
диэлектрическая восприимчивость,
зависит от строения диэлектрика, от
способности этого диэлектрика
перераспределять заряды во внешнем
поле в линейной области.
Получим выражение для напряженности электрического поля внутри диэлектрика, исходя из того, что:
(18.4)
(18.5)
38. Теорема Гаусса для электрического поля в диэлектрике. Вектор электрической индукции.
Поток вектора смещения электростатического поля в диэлектрике сквозь произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме заключенных внутри этой поверхности свободных электрических зарядов.
Вектор электрической индукции (электрическое смещение):
Вектор напряжённости переходя через границу диэлектриков, претерпевает скачкообразное изменение, поэтому поле характеризуют вектором эл. смещения D=e0eE=e0E+P. ВекторDхарактеризует поле создаваемое свободными зарядами при таком их распределении в пространстве, какое имеется при наличии диэлектрика.
e- относительная диэлектрическая проницаемость среды. (e=1+c)
Условия на границе раздела двух диэлектрических сред:
При переходе через границу раздела двух эл. сред тангенциальная составляющая вектора Е и нормальная составляющая вектора Dизменяются непрерывно (не претерпевают скачка), а нормальная составляющая вектора Е и тангенциальнаяDпретерпевают скачок.
Смысл введения вектора электрической индукции состоит в том, что поток вектора D через любую замкнутую поверхность определяется только свободными зарядами, а не всеми зарядами внутри объема, ограниченного данной поверхностью, подобно потоку вектора Е. Это позволяет не рассматривать связанные (поляризационные) заряды и упрощает решение задач.