- •Общая физика
- •§ 1. Кинематика материальной точки и поступательного движения твердого тела
- •II закон Ньютона. Ускорение, приобретаемое материальной точкой (телом) пропорционально вызывающей его силе, совпадает с нею по направлению и обратно пропорционально массе материальной точки (тела).
- •III закон Ньютона. Силы, с которыми действуют друг на друга тела, равны по модулю и противоположены по направлению.
- •2.2. Закон сохранения импульса (количества движения)
- •2.3. Энергия, работа, мощность
- •2.4. Закон сохранения и превращения энергии
- •2.5 Тяготение
- •2.6. Механика вращательного движения
- •Момент инерции, момент силы, момент импульса.
- •И вращательном движениях
- •2.7.Колебания и волны Механические колебания, математический маятник
- •2.8. Границы применимости законов классической механики и элементы специальной теории относительности
- •§ 1. Параметры термодинамических систем (параметры состояния)
- •§ 2. Законы идеальных газов
- •§ 3. Уравнение состояния реальных газов
- •Уравнение ван-дер-ваальса или уравнение состояния реальных газов
- •§4. Основы термодинамики.
- •Кинетической теории идеальных газов
- •Наиболее вероятная (максимальная)
- •§1. Электрическое поле
- •§1.1. Силовые характеристики электрического поля
- •§1. 2. Энергетические характеристики электрического поля
- •§1.3. Диполь
- •§1.4. Проводники в электрическом поле
- •§1.5. Диэлектрики в электрическом поле
- •§1.6. Электроемкость
- •§1.7. Конденсаторы
- •§1.8. Энергия электростатического поля
- •§2.1. Электродвижущая сила (эдс) (e ) источника
- •§2.2. Закон Ома для постоянного тока
- •§2.3. Закон Джоуля-Ленца
- •§2.4. Правила Кирхгофа (1847г.)
- •§2.5. Зонная теория
- •Гл. 3 электромагнетизм
- •§3.1. Характеристики магнитного поля
- •И мп на оси кругового тока.
- •§3.2. Вещество в магнитном поле
- •§3.3. Рамка с током в магнитном поле (Применения закона Ампера)
- •§3.4. Сила Лоренца
- •§3.5. Движение заряженных частиц в электрическом поле
- •§3.6. Движение заряженных частиц в магнитном поле
- •§ 3.7. Электромагнитная индукция: Закон Фарадея − Ленца
- •§3.8. Закон Ома для полной цепи
- •§3.9. Индуктивность, самоиндукция, взаимная индукция
- •1 Гн индуктивность такого контура, магнитный поток самоиндукции которого при токе 1 а равен 1 Вб.
- •§3.10. Энергия магнитного поля
- •§4.1. Полное сопротивление цепи при переменном токе.
- •§4.2. Резонанс
- •Шкала электромагнитных волн
- •§1.1. Поглощение света (Закон бугера)
- •§1.2. Законы геометрической оптики
- •§1.3. Формула призмы
- •§1.4. Линзы
- •Характер изображения собирающей линзы
- •§1.5. Аберрации или погрешности оптических систем
- •§2. Волновая оптика
- •§2.1. Интерференция света
- •§2.2. Дифракция света
- •РешеткаУсловияУсловия§2.3. Дисперсия света и спектральный анализ
- •§ 2.4. Поляризация света
- •Объяснение законов отражения и преломления с точки зрения волновой теории
- •§1. Тепловое излучение
- •Закон Стефана - Больцмана. Полная (по всему спектру) излучательная способность абсолютного черного тела прямо пропорциональна четвертой степени его абсолютной (термодинамической) температуре т:
- •§ 2. Фотоэффект
- •§ 3. Строение вещества
- •§ 3.1. Модели атома Резерфорда
- •§ 3.2. Постулаты Бора
- •§ 3.3. Правила отбора Паули, квантовые числа и таблица Менделеева
- •Периодическая система элементов Менделеева и распределение электронов по подоболочкам
- •§ 3.4. Радиоактивность
- •Закон радиоактивного распада
- •§ 3.5. Физика атомного ядра
- •§ 3.6. Элементарные и фундаментальные частицы
- •Классификация частиц
- •§3.7. Волновые свойства микрочастиц
- •§3.8. Соотношение неопределенности Гейзенберга
- •§3.9. Основы квантовой механики.
- •Основная литература
- •Вспомогательная литература
- •Контрольные вопросы по физике Трофимова т.И., Курс физики, «Высшая школа»,2000г.
- •Применение первого начала термодинамики к термодинамическим изопроцессам
- •Приложение к теме «Оптика» основные фотометрические величины и их единицы
§1.5. Диэлектрики в электрическом поле
Диэлектрики – вещества, которые не проводят электрический ток, хотя пробой диэлектрика возможен.
Существуют три группы диэлектриков.
Диэлектрики, состоящие из неполярных молекул;
Диэлектрики, состоящие из полярных молекул;
Диэлектрики, молекулы которых имеют ионное строение.
1) Неполярные молекулы (изолированные атомы, молекулы с центральной симметрией – Н2, О2, N2), у которых центры «тяжести» положительных и отрицательных зарядов в отсутствие внешнего электрического поля совпадают и, следовательно, дипольный момент =0.
2) Полярные молекулы (вода, аммиак, спирты, эфир, ацетон и др.), которые имеют асимметричное строение: у них центры «тяжести» положительных и отрицательных зарядов не совпадают и из-за этого они обладают собственным дипольным моментом.
3) Диэлектрики с ионным строением имеют кристаллическую структуру с ионной решеткой, где каждая пара соседних разноименных ионов подобна диполю.
Под воздействием внешнего электронного поля в диэлектриках индуцируются связанные или поляризационные разноименные заряды, причем
|-q|=|+q|.
Процесс смещения положительных и отрицательных зарядов в диэлектрике называется поляризацией, степень которой характеризуется вектором поляризации , равным дипольному моменту единицы объема поляризованного диэлектрика.
Модуль вектора – называют также удельной поляризацией.
, где - дипольный момент i -й частицы, а V- объем диэлектрика.
Единица измерения [Р] – кулон на квадратный метр (Кл∙м-2).
У неполярных молекул происходит смещение центр масс положительных (ядро) и отрицательных (электронные оболочки) зарядов – образуется индуцированный диполь. Это деформационная (электронная) поляризация, которая зависит от свойств диэлектрика и от , но не зависит от температуры Т.
У полярных молекул происходит ориентация собственных жестких диполей (дипольная или ориентационная поляризация): она зависит от , Т, и частоты переменного тока (диполь не успевает ориентироваться). У этих типов диэлектриков вклад деформационной поляризации весьма мал.
Когда =0, тепловое движение нарушает ориентацию диполей, перемешает все диполи и эти диэлектрик обычно становится неполяризованным. Однако существуют вещества (сегнетоэлектрики, например, сегнетова соль -Na KC4 H4 O6 4H2O, титанат бария – Ba Ti O3), у которых после снятия внешнего эл. поля сохраняется остаточная поляризация, т. к. у них роль диполей играют микроскопически объемы (~10-3см) самопроизвольной поляризации (домены), дезориентация которых требует достаточно высокой температуры (так называемая температура или точка Кюри).
И онная поляризация наблюдается у ионных кристаллов, у которых подрешетки, образуемые положительными и отрицательными ионами, сдвигаются, образуя, подобно диполям, связанные заряды. Под воздействием внесшего электрического поля эти диполи деформируются: удлиняются, если их оси направлены по полю, и укорачиваются, если оси направлены против поля. Степень такой поляризации зависит от свойства диэлектрика и от .
Некоторые кристаллы – пьезоэлектрики (кварц, турмалин и др.) поляризуются при механической деформации, т. к. их подрешетки обладают различной упругостью и пи сжатии или растяжении кристалла они смещаются друг относительно друг (пьезоэлектрический эффект). Существует и обратный пьезоэффект: во внешнем электрическом поле пьезоэлектрик изменяет свои линейные размеры в направлении поля (может по разным ребрам по разному). Пьезоэффект используется для преобразования электрических сигналов в механические и наоборот (датчики пульса, вибрации, микрофоны, телефоны, ультразвуковые излучатели).
Ослабление поля в диэлектрике обусловленное поляризацией вещества; происходит благодаря появлению на поверхности диэлектрика связанных зарядов, которые уменьшают .
Свойства диэлектрика поляризоваться в электрическом поле характеризуется величиной:
ε – относительная диэлектрическая проницаемость, которая показывает насколько раз напряженность электрического поля в вакууме Е0 больше напряженности эл. поля Е в однородной, изотропной диэлектрической среде при создающих поле неизменных зарядах.
ε – определяется только свойствами среды, в то время как ε0 –зависит только от выбора системы единиц.
Диэлектрическая проницаемость всех газов близка к единице. У большинства неполярных диэлектрических жидкостей ε лежит в пределах от 2 до 2,5, у твердых диэлектриков – от 2,5 до 8, у полярных жидкостей – от 10 до 81. У сегнетоэлектриков ε достигает очень больших значений – порядка 104, и, кроме того, существенно зависит от напряженности внешнего поля. Для вакуума ε=1, а для проводника ε=∞.
ε0 . ε = εабс , где εабс –абсолютная диэлектрическая проницаемость, зависящий и от свойств среды, и от выбора системы единиц.
М одуль вектора поляризации Р ~ E и .
где α – коэффициент называемый электрической восприимчивостью или поляризуемостью диэлектрика. Он зависит от природы диэлектрика.
Связь между диэлектрической проницаемостью ε и α:
ε =1 + α
отсюда α = 1 – ε, тогда
Р = ε ε0Е – ε0Е
Для вакуума ε=1, Р = 0.
Чтобы применять электростатические формулы к неоднородной диэлектрической среде, где на границах разных диэлектриков происходит скачки ε и разрыв непрерывности (например, силовых линий), вводится новая физическая характеристика электрического поля: вектор электрического смещения или вектор электрической индукции (электрическая индукция).
для вакуума
Размерность [D]=[ε0].[E]=м-2.с .А, а единицы измерения - Кулон на квадрат метр.
В средах с разными диэлектриками остается непрерывным, поэтому целесообразно здесь тоже ввести понятия силовых линии и потока индукции ND, вместо аналогичных величин для .
Электрическая индукция;
Tочечного заряда → ,
Диполя → D~1/r3,
Бесконечной прямолинейной
равномерно заряженной нити → D=ρ/(4πr),
Бесконечно равномерно
заряженной плоскости → D=σ/2,
Между двумя бесконечно параллельными
разноименно заряженными плоскостями → D=σ
Теорема Остроградского – Гаусса для потока индукции ND в неоднородной диэлектрической среды .