ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
Электрическое поле в веществеДиэлектриками (или изоляторами) называются вещества практически не проводящие электрический ток. Это значит, что в диэлектриках нет свободных (сторонних) зарядов. Поляризация диэлектриков. Под действием внешнего электрического поля заряды, входящие в состав молекул диэлектрика (их называют связанными), могут смещаться только на небольшие расстояния. Если диэлектрик состоит из неполярных молекул, то в пределах каждой молекулы происходит смещение зарядов – положительных по полю, отрицательных – против поля. Если диэлектрик состоит из полярных молекул, то дипольные моменты ориентируются преимущественно в направлении внешнего поля. Результат упорядочивания молекулярных диполей под действием внешнего электрического поля называется поляризацией диэлектрика. Поместим в электрическое поле плоского конденсатора металлическую пластинку (рис.24). Свободные электроны соберутся вблизи положительно заряженной пластины, а вблизи отрицательной пластины выступит положительный заряд. Электроны будут двигаться до тех пор, пока результирующее поле не станет равным нулю: = + =0, где - поле в отсутствии пластинки, - поле зарядов пластинки. Если образец – диэлектрик, то картина будет другой (рис.25). В этом случае - поле связанных зарядов, возникшее вследствие поляризации. Это поле также направлено против внешнего поля , однако уже не может быть равным ему, поскольку связанные заряды ограничены в свободе перемещения
¹ 0. (74)
Для однородно поляризованного диэлектрика результирующее поле и выступивший на поверхности связанный заряд можно подсчитать. В объеме вблизи любого положительного заряда найдется равный ему отрицательный (рис.25), поэтому не скомпенсированный связанный заряд выступит только на поверхности образца, образуя подобие плоского конденсатора (12). Поэтому модули векторов в (74) соответственно равны , , где s и s ¢ поверхностные плотности свободных зарядов пластин и поверхностных связанных зарядов диэлектрика соответственно. С учетом этого в проекциях на направление уравнение (74) будет выглядеть так
, Þ . (75)
Таким образом, поле в диэлектрике ослабляется: в некоторое раз. Следовательно, = , Þ ® (75), откуда находим связь s ¢ и поля Е в диэлектрике:
. (76) Величина >1 называется диэлектрической проницаемостью и показывает, во сколько раз ослабляется поле в диэлектрике по сравнению с внешним полем. Введем диэлектрическую восприимчивость: æ ≡ ε -1, тогда связь s ¢ и Е можно выразить еще одним способом:
æ ε о Е. (77)
Отсюда видно, что поверхностная плотность связанного заряда, выступившего на поверхности однородно поляризованного диэлектрика, пропорциональна результирующему полю в диэлектрике. Вектор поляризованности . Если внешнее поле и/или диэлектрик неоднородны, степень поляризации оказывается различной в разных местах диэлектрика. Чтобы охарактеризовать поляризованность в данной точке, выделяют физически бесконечно малый объем диэлектрика ∆ V, содержащий эту точку, находят векторную сумму дипольных моментов молекул в этом объеме, и определяют вектор поляризованности следующим образом: . (78)
Вектор поляризованности имеет смысл дипольного момента единицы объема диэлектрика. Нетрудно сообразить, что вектор поляризованности может быть выражен через концентрацию и средний дипольный момент:
, (79)
где - средний дипольный момент отдельной молекулы, - полное число молекул в объеме ∆ V. В случае неоднородно поляризованного диэлектрика, внутри появится нескомпенсированный связанный заряд с объемной плотностью . Выделим малый объем внутри диэлектрика ∆ V. При поляризации входящий в ∆ V положительный заряд сместится относительно отрицательного заряда на величину , в результате чего будет приобретен дипольный момент . Разделив на ∆ V, получим еще одно выражение для вектора поляризованности
. (80)
Связь между векторами поляризованности и напряженности . Если диэлектрик изотропный и не слишком велико, то из опыта следует, что вектор линейно зависит от :
=æ ε о . (81)
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|