Электродинамика 4
.pdf
Тема 2. Электрическое поле в средах
2.1 Проводники и изоляторы
первые эксперименты в области электричества установили, что вещества существенно отличаются по своей способности сохранять и передавать “нечто электрическое”
Классификация проводников
|
классические |
|
новые (ХХ век) |
||
|
|
|
|
|
|
металлы |
электролиты |
плазма |
сверх |
полу |
|
проводники |
проводники |
||||
|
|
|
|||
электроны |
положительные и |
электроны, |
электронные |
электроны |
|
положительные и |
куперовские |
||||
|
отрицательные ионы |
отрицательные ионы |
пары |
и дырки |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
1
2.2 Поле внутри проводника (металл)
E = EG +EG′
0
Основная особенность проводников – наличие свободных зарядов
(электронов), которые участвуют в тепловом движении и могут
перемещаться по всему объему проводника. Типичные проводники
– металлы.
2
В проводнике, внесенном в электрическое поле, происходит
перераспределение свободных зарядов, в результате чего на поверхности
проводника возникают нескомпенсированные положительные и отрицательные заряды
Опр. Этот процесс называют электростатической индукцией, а
появившиеся на поверхности проводника заряды – индукционными зарядами.
Индукционные заряды создают свое собственное поле которое компенсирует внешнее поле во всем объеме проводника: (внутри проводника).
E = EG0 +EG′=0
3
Выводы:
Полное электростатическое поле внутри проводника равно нулю,
а потенциалы во всех точках одинаковы и равны потенциалу на поверхности проводника.
Все внутренние области проводника, внесенного в электрическое поле, остаются электронейтральными.
Поверхность проводника является эквипотенциальной поверхностью.
Так как поверхность проводника является эквипотенциальной,
силовые линии у поверхности должны быть перпендикулярны к ней.
Рис. 5. Электростатическая защита 4
напряженность и потенциал на поверхности проводника
заряженная поверхность произвольной формы с поверхностной плотностью заряда σ, разделяющую два
полупространства в которых есть
электростатическое поле
по теореме Гаусса (поток через боковую поверхность пренебрежимо мал)
при переходе через заряженную поверхность нормальная
составляющая электростатического поля терпит разрыв. 5
Теперь возьмем очень маленький участок границы dl и окружим его прямоугольником крайне малой высоты. Применим теорему о циркуляции, пренебрегая циркуляцией
по боковым сторонам прямоугольника
касательная составляющая электростатического поля
непрерывна
6
2.3. Поле в диэлектриках
• нет свободных электрических зарядов
• перераспределение зарядов, входящих в состав атомов или молекул.
• появляются избыточные нескомпенсированные связанные заряды.
• Связанные заряды создают электрическое поле E = EG0 +EG′
поляризациия диэлектрика
Физическая величина, равная отношению модуля 
напряженности внешнего электрического поля в вакууме к 
модулю напряженности полного поля в однородном
диэлектрике, называется диэлектрической |
E |
|
||
проницаемостью вещества |
ε′=εε0 = |
0 |
|
|
E |
7 |
|||
|
|
|||
|
|
|
||
механизмы поляризации диэлектриков
1. полярные диэлектрики (ПД
Ориентационная или дипольная
поляризация
молекулы представляют собой микроскопические электрические диполи
|
Поляризация ПД |
|
|
сильно зависит от |
|
|
температуры, так как |
|
|
тепловое движение |
|
|
|
|
|
молекул играет роль |
|
Ориентационный механизм |
дезориентирующего |
|
фактора |
||
|
8
2.Неполярные диэлектрики
вотсутствие внешнего поля молекулы не обладают дипольным моментом
Электронный или упругий механизм
Под действием внешнего ЭСП каждая молекула превращается в электрический диполь, ось которого направлена вдоль внешнего поля. На поверхности диэлектрика появляются нескомпенсированные связанные
заряды, создающие свое поле
при поляризации деформируются
электронные оболочки, поэтому этот
механизм получил название электронной поляризации. Этот
механизм является универсальным,
поскольку деформация электронных оболочек под действием внешнего
поля происходит в атомах, молекулах
и ионах любого диэлектрика.
9
Если в однородном диэлектрике с диэлектрической проницаемостью ε находится точечный заряд Q, то напряженность поля
создаваемого этим зарядом в некоторой точке, и потенциал φ в ε раз меньше, чем в вакууме
2.4. Поляризация диэлектриков Поляризованность.
Будем считать, что нейтральная молекула (или атом) в диэлектрике под воздействием электрического поля превращаются в диполь, который имеет дипольный момент pG = ql
Поляризованностью диэлектрика называется электрический дипольный момент всех молекул в единице объема диэлектрика
|
1 |
N G |
|
G |
|
ql |
Кл |
||
P = |
|
|
∑pi , |
|
|
|
= = |
|
|
|
|
|
|
2 |
|||||
V |
P |
м |
|||||||
|
i=1 |
|
|
|
V |
|
|||
Если диэлектрик однородный и смещение зарядов по всему объему
одинаково, то поляризованность будет однородна |
10 |
|