- •10 Электрическое поле в диэлектриках . Сторонние и связанные заряды поверхностная плотность связанных зарядов диэлектрическая проницаемость вещества
- •11 Теорема Остроградского-Гаусса для электрического поля в диэлектрике. Вектор электрического смещения.
- •13 Проводник в электрическом поле. Распределение зарядов в проводнике.
- •14 Электроемкость уединенного проводника.
9 поляр и неполяр молекулы. Вектор поляризованности . Поляризация диэлектриков . Диэлектрическая восприимчивость вещества
В зависимости от структуры молекул различ.
два типа диэлектриков поляр. и неполяр.
неполяр. полярные
O2 , H2 , CO ... HC ,...,CO2
Симметрич. Не симметри-
структура ма- чная структу-
лекул. ра.
Без внеш. поля.
(Е0=0)
В О центры Центры тяж.
тяж. (+) и (-) не совпадают
совпадают.
_ _
Pi=0 Pi0
Pi=0 Pi=0
i i
В силу хао-
тич. движ.
диполей.
У неполяр.
диэл. в отсу-
тств. внеш. по-
ля малекулы не
имеют собств.
эл.моментов.
(диполей нет)
Во внеш. поле
_
Pi0
Ориентация
_ диполи по
Pi0 внеш. пол. Е0
Pi0 Pi0
i i
диполи
Поляризация в завис. от вида
механизма назв.
Д иформацион- Ориентаци-
ная (электрон- онная поля-
ная). ризация.
Явл. поляризации описывается с помощью важной характеристики поляризованностью или вектора поляризации P.
Поляризованностью диэлектрика назв. физ. вел.численно равную суммарному электрическому (дипольному) моменту молекул заключенных в единице объема.
_
1) P=Pi/V в числителе суммарный момент всего образца , V - объем всего образца. В Си[P]=Кл/м2
i
Поляризация диэлектрика. Для однородного изотропного диэлектрика вектор поляризации пропорционален вектору напряженности внешнего поля: , где - диэлектрическая восприимчивость. Другое выражение: , где - дипольный момент i-ой молекулы в этом объеме.
Диэлектри́ческая восприи́мчивость (или поляризу́емость) вещества — физическая величина, мера способности вещества поляризоваться под действием электрического поля. Диэлектрическая восприимчивость χe — коэффициент линейной связи между поляризацией диэлектрика P и внешнимэлектрическим полем E в достаточно малых полях: В системе СИ:
где ε0 — электрическая постоянная; произведение ε0χe называется в системе СИ абсолютной диэлектрической восприимчивостью.
10 Электрическое поле в диэлектриках . Сторонние и связанные заряды поверхностная плотность связанных зарядов диэлектрическая проницаемость вещества
Электрическое поле в диэлектрике. Рассмотрим плоский однородный диэлектрический слой, расположенный между двумя разноименно заряженными плоскостями (рис. 2.5). Пусть напряженность электрического поля, которое создается этими плоскостями в вакууме, равна , где - поверхностная плотность зарядов на пластинах (эти заряды называют свободными). Под действием поля диэлектрик поляризуется, и на его гранях появляются поляризационные или связанные заряды. Эти заряды создают в диэлектрике электрическое поле , которое направлено против внешнего поля . ,где - поверхностная плотность связанных зарядов. Результирующее поле внутри диэлектрика .Поверхностная плотность связанных зарядов меньше плотности свободных зарядов, и не все поле E0 компенсируется полем диэлектрика: часть линий напряженности проходит сквозь диэлектрик, другая часть обрывается на связанных зарядах (рис. 2.5). Вне диэлектрика . Следовательно, в результате поляризации поле внутри диэлектрика оказывается слабее, чем внешнее . Таким образом, ,где - диэлектрическая проницаемость среды. Из формулы видно, что диэлектрическая проницаемость показывает, во сколько раз напряженность поля в вакууме больше напряженности поля в диэлектрике. Для вакуума , для диэлектриков .
Связанными называются заряды, входящие состав молекул диэлектриков (изоляторов), которые под действием внешнего электрического поля могут лишь смещаться в пределах молекулы относительно положения равновесия, но покинуть молекулу не могут.
Сторонним называются заряды, находящиеся на диэлектрике, но не входящие в состав его молекул, а также заряды вне диэлектрика.
Связанные заряды. В результате процесса поляризации в объеме (или на поверхности) диэлектрика возникают нескомпенсированные заряды, которые называются поляризационными, или связанными. Частицы, обладающие этими зарядами, входят в состав молекул и под действием внешнего электрического поля смещаются из своих положений равновесия, не покидая молекулы, в состав которой они входят. Связанные заряды характеризуют поверхностной плотностью . Выделим в поляризованном диэлектрике наклонную призму с основанием S и ребром L, параллельным вектору поляризации P (рис. 2.4). В результате поляризации на одном из оснований призмы появятся отрицательные заряды с поверхностной плотностью , а на другой положительные заряды с плотностью .С макроскопической точки зрения, рассматриваемый объем эквивалентен диполю, образованному зарядами и , которые отстоят друг от друга на расстояние L, тогда электрический момент призмы равен .С другой стороны, электрический момент единицы объема равен , где - угол, между направлением нормали к основанию призмы и вектором P. Произведение есть объем призмы. Приравняв друг к другу оба выражения для электрического момента, получаем, что поверхностная плотность связанных зарядов равна нормальной составляющей вектора поляризации: ,где n - единичный вектор нормали к поверхности диэлектрика. Если вектор поляризации P различен в разных точках объема диэлектрика, то в диэлектрике возникают объемные поляризационные заряды, объемная плотность которых .
Безразмерная величина =1+ называется диэлектрической проницаемостью вещества. показывает, во сколько раз поле ослабляется диэлектриком, характеризуя количественно свойство диэлектрика поляризоваться в электрическом поле.