Два типа диэлектриков - полярные и неполярные

Полярные - центры "+" заряда и центры "-" заряда смещены, например, в молекуле воды H₂O.
Модель полярного диэлектрика жесткий диполь:

Дипольный момент молекулы:

.

Неполярные диэлектрики - центры распределения "+" и "-" зарядов совпадают, молекула (атом) симметричны. Например, атом водорода. У него в отсутствии поля центр распределения отрицательного заряда совпадает с положением положительного заряда. При включении поля положительный заряд смещается в направлении поля, отрицательный - против поля:

модель неполярного диэлектрика - упругий диполь:

Дипольный момент этого диполя пропорционален электрическому полю

.

Электрический диполь в электрическом поле.

1) Диполь в однородном поле:

дипольный момент .

Сила ;

Момент силы (вращающий момент) или .

2) Диполь в не однородном поле:

Сила ;

Момент силы .

Итак, если диполь находится в неоднородном поле, он будет себя вести следующим образом: под действием вращающего момента сил М диполь будет стремиться установиться по полю, а под действием результирующей силы - переместиться в направлении более сильного поля.

3) Энергия диполя в электрическом поле:

Потенциальная энергия вращения диполя

13.2. Поляризованность диэлектрика (вектор поляризации) - это дипольный момент единицы объема: .

- дипольный момент одной молекулы.
У диэлектриков любого типа

.

α - диэлектрическая восприимчивость (безразмерная величина).

13.3. Пластина диэлектрика в плоском конденсаторе
На следующих рисунках изображен плоский конденсатор без диэлектрика (рис. а) и с диэлектриком (рис. б). В конденсаторе без диэлектрика поле E₀ создается свободными зарядами, т. е. зарядами, находящимися на пластинах конденсатора. В конденсаторе с диэлектриком поле E в объеме, занятом диэлектриком, является разностью двух полей: поля свободных зарядов (E ₀) и поля связанных (поляризационных) зарядов (E '):

Поле в диэлектрике

.

Выразим σ' через вектор поляризации

.

- дипольный момент пластины диэлектрика, - объем пластины.
Тогда

.

С другой стороны .

В результате ,

откуда: поле в однородном и изотропном диэлектрике

в 1 + α раз меньше, чем поле в вакууме Е₀.
Обозначим

- диэлектрическая проницаемость.

В однородном изотропном диэлектрике, свойства которого не зависят от направления в пространстве (изотропность), электрическое поле ослабляется в ε раз:

.

Эта формула справедлива для аморфных, некристаллических диэлектриков. В кристаллах ситуация значительно сложнее.

13.4. Вектор электрического смещения
Для удобства описания поля в диэлектрике вводят вспомогательный вектор - вектор электрического смещения .

Для изотропных диэлектриков , поэтому .

Характеристики диэлектрика:

1) Диэлектрическая восприимчивость диэлектрика ;

2) Поверхностная плотность поляризационных зарядов

3) Вектор поляризации ;

4) Диэлектрическая проницаемость диэлектрика ;

5) Вектор электрического смещения .

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: