Вопрос 83 (Поляризация диэлектриков)

Это процесс ориентации диполей или появление под воздействием электрического поля ориентированных по полю диполей.

1. Ориентационная или дипольная поляризация. – у полярных диэлектриков. Внешнее электрическое поле стремится ориентировать дипольные моментны полярных молекул по направлению напряженности эл. поля. Этому препятствует хаотическое тепловое движение молекул. В итоге совместного действия поля и теплового движения молекул возникает преимущественная ориентация диполя вдоль поля, возрастающая с увеличением напряженностью и уменьшением температуры.

2. Электронная или деформационная поляризация.- у не полярных. Под действием внешнего электрического поля у молекул диэлектрика возникают дипольные моменты направленные вдоль поля. Тепловое движение не оказывает влияния на этот вид поляризации.

3. ионная поляризация – у твердых диэлектриков с ионными кристаллическими решетками. Внешнее поле вызывает смещение всех положительных ионов в направлении напряженности поля, а всех отрицательных в противоположную сторону.

Количественная мер поляризации диэлектрика служит поляризованость вектора поляризации. p=1/detV (сумма)p_ei ; P=(хи)(эпсилон)0E

Вопрос 84 (Теорема Остраградского-Гаусса для электростатического поля в среде)

Связанные заряды – это заряды которые входят в состав атомов и молекул а также зарядов ионов в ионных диэлектриках. Свободные заряды – это заряды не связанные с перечисленными выше молекулами. Свободными зарядами явл.:

-Заряды частиц, способных перемещаться в перед поля на макроскопические расстояния.

-Положительные заряды атомных остатков в металлах. Избыточные заряды сообщенные телу и нарушающие его эл. нейтральность.

(замкнутый интеграл)EdS – поток вектора направленный вдоль произвольной замкнутой поверхности.

---теорема Остраградского- Гаусса для электростатического поля в среде

Вопрос 85 (Условия для электростатического поля на границе раздела двух диэлектрических сред)

Найдем соотношения между напряженностью E и элементарным смещением D в двух диэлектрических средах

- единичный вектор направленный по касательной к поверхности раздела.

n – единичный вектор нормали

Из последнего условия выводится физический смысл относительной диэлектрической проницаемости: Она показывает во сколько раз уменьшается нормальное состояние вектора напряженности электростатического поля при переходе из вакуума в данную среду. При переходе через границу раздела двух диэлектриков средние линии напряженности пересекаются. Закон преломления линии направления электростатического поля на границе раздела двух диэлектрических сред при условии отсутствия на поверхности простых зарядов:

Вопрос 86 (Распределение зарядов в проводнике)

Для того чтобы ответить на вопрос о распределении заряда в проводнике, нам надо уточнить некоторые свойства силовых линий электростатического поля. Напомним, что силовая линия электрического поля (в том числе и электростатического) — это воображаемая линия в пространстве, проведенная так, чтобы касательная к ней в каждой точке совпадала с вектором напряженности электрического поля в этой точке. Опыт изучения электростатических полей дает основание заключить, что силовые линии этих полей непрерывны и не замкнуты, они могут начинаться только на положительных зарядах и оканчиваться только на отрицательных и не могут начинаться (заканчиваться) в точке пространства, где нет зарядов. При графическом изображении поля некоторой системы зарядов число силовых линий, начинающихся или заканчивающихся на каком-либо заряде, пропорционально модулю этого заряда. Отсюда следует, что из любого заряда обязательно выходят (или входят в него) силовые линии.

После сказанного о силовых линиях возвратимся к вопросу о распределении заряда в проводнике. Выделим мысленно произвольный достаточно малый объем ΔV внутри проводника (рис. 1). Предположим, что этот объем имеет заряд (для определенности, положительный). Тогда из выделенного объема будут выходить силовые линии, т. е. вблизи него будет существовать электрическое поле. Но поля внутри проводника нет. Поэтому выделенный объем должен быть нейтрален. А поскольку этот объем взят нами в произвольном месте внутри проводника, то можно утверждать, что вся «внутренность» проводника нейтральна и, следовательно, весь заряд проводника находится на его поверхности.

В опрос 87. (Электрическая емкость уединенного проводника)

Будем рассматривать уединенный проводник, т. е. проводник, значительно удаленный от других проводников, тел и зарядов. Его потенциал, как известно, прямо пропорционален заряду проводника. Из опыта известно, что разные проводники, будучи при этом одинаково заряженными, имеют различные потенциалы. Поэтому для уединенного проводника можно записать Величину называют электроемкостью (или просто емкостью) уединенного проводника. Емкость уединенного проводника задается зарядом, сообщение которого проводнику изменяет его потенциал на единицу. Емкость уединенного проводника зависит от его размеров и формы, но не зависит от материала, формы и размеров полостей внутри проводника, а также его агрегатного состояния. Причиной этому есть то, что избыточные заряды распределяются на внешней поверхности проводника. Емкость также не зависит ни от заряда проводника, ни от его потенциала. Единица электроемкости — фарад (Ф): 1 Ф — емкость такого уединенного проводника, у которого потенциал изменяется на 1 В при сообщении ему заряда 1 Кл.Согласно формуле потенциала точечного заряда, потенциал уединенного шара радиуса R, который находится в однородной среде с диэлектрической проницаемостью ε, равен

Применяя формулу (1), получим, что емкость шара (2) Из этого следует, что емкостью 1 Ф обладал бы уединенный шар, находящийся в вакууме и имеющий радиус R=C/(4πε0)≈9•106 км, что примерно в 1400 раз больше радиуса Земли (электроемкость Земли С≈0,7 мФ). Следовательно, фарад — довольно большая величина, поэтому на практике применяются дольные единицы - миллифарад (мФ), микрофарад (мкФ), нанофарад (нФ), пикофарад (пФ). Из формулы (2) следует также, что единица электрической постоянной ε0 — фарад на метр (Ф/м)