- •1Закон Кулона
- •4Электрические поля систем зарядов. Электрический диполь
- •5 Электрический потенциал
- •6Связь между потенциалом и напряженностью
- •7. Безвихревой характер электростатического поля
- •2.4 Электрический ток в электролитах газах и вакууме
- •11.1 Диэлектрики в электрическом поле
- •11.3. Электреты. Пьезоэлектрики.
- •11.4. Сегнетоэлектрические кристаллы.
- •12. Энергия системы зарядов и электрического поля
- •1.12.1. Электрическая емкость. Конденсаторы
- •12.2. Энергия взаимодействия электрических
11.1 Диэлектрики в электрическом поле
Диэлектрики – вещества, плохо проводящие электрический ток по сравнению с проводниками из-за малой концентрации подвижных зарядов.
Диэлектрики, в отличие от металлов, плохо проводят электрический ток. Диэлектрик введен в употребление Фарадеем для обозначения сред, через которые проникает электрическое поле. Под действием внешнего электрического поля заряды в молекулах смещаются из положения равновесия на межатомные расстояния. Молекулу можно рассматривать как электрический диполь с электрическим моментом p=ql.
где q- суммарный электрический заряд,
l- вектор, проведённый из « центра тяжести» электронов в «центр тяжести» положительных зарядов молекул.
3 типа диэлектриков:
Неполярный диэлектрик (l =0),
в отсутствии электрического поля «центры тяжести» - и + зарядов молекул совпадают .
Во внешнем электрическом поле «центры тяжести» - и + зарядов молекул смещаются. Происходит поляризация диэлектрика. Молекулы превращаются в электрические диполи, + заряды ориентированы по направлению поля (электронная поляризуемость).
Полярный диэлектрик (l ≠ 0),
«центры тяжести» - и + зарядов молекул не совпадают. Полярные молекулы имеют собственный дипольный момент. При Е=0 благодаря хаотичному тепловому движению р молекул не ориентированы При Е ≠ 0 молекулы выстраиваются своими дипольными моментами вдоль линий поля и диэлектрик поляризуется(ориентационная поляризуемость)
Ионные диэлектрики
построены из ионов разного знака (кристалл поваренной соли Na+Cl-) Ионные диэлектрики состоят из двух подрешеток: положительных и отрицательных ионов. Во внешнем электрическом поле подрешетки сдвигаются в разные стороны, происходит поляризация диэлектриков (ионная поляризуемость)
11.2 Вектор поляризации
Д ля количественного описания поляризации диэлектриков вводится понятие вектора поляризации P, численно равный дипольному моменту единицы объема диэлектрика при его поляризации.
где Рср – средний дипольный момент
единицы объема, направлен вдоль вектора электрического поля. Рср = pN, N – концентрация частиц; р – средний дипольный момент одной молекулы.
Если поместить диэлектрик в однородное электрическое поле Е0, на его поверхности появятся поляризационные заряды с поверхностной плотностью sпол.
Поле поляризационных зарядов Епол направлено против внешнего электрического поля Е0, созданного свободными зарядами; Е = Е0 + Епол – результирующее поле в диэлектрике. P – вектор поляризации, sпол = (P,n)
P диэлектрика, находящегося во внешнем электрическом поле.
П усть S – площадь основания параллелепипеда, l – вектор, проведенный от о трицательного к положительному основанию.
Тогда
Объем параллелепипеда равен V = S(n,l), где n - вектор нормали, проведенной к основанию положительно заряженного параллелепипеда. Используя данное соотношение для V, получаем (P,n)= sпол Вектор поляризации равен поверхностной плотности заряда
В еличина напряженности поля в поляризованном диэлектрике согласно теореме Гаусса, равна:
sсвоб - заряд на обкладках металлических пластин
Для большинства диэлектриков справедлива линейная зависимость P от Е P = e0E.
- диэлектрическая восприимчивость диэлектрика
О тсюда поле в диэлектрике равно
Н апряженность электрического поля в диэлектрике E в
e = (1 + ) раз меньше исходного поля.
e называется диэлектрической проницаемостью и характеризует электрические свойства диэлектрика.
Т очечные заряды, помещенные в диэлектрик, будут взаимодействовать с силой
F в e раз меньше, чем в вакууме F0.