КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Поляризация диэлектриков
Поляризация диэлектриков. Поле в диэлектрике При внесении вещества в электрическое поле происходят изменения, как в веществе, так и в электрическом поле. Простые опыты показывают, что на поверхности диэлектрика, внесенного в электрическое поле, возникают положительные и отрицательные заряды, которые не могут быть разделены никакими способами. В связи с этим такие заряды называются связанными, а диэлектрик – поляризованным. Для объяснения явления поляризации диэлектриков обратимся к общепринятой сейчас модели строения диэлектриков. Диэлектрики, молекулы которых представляют собой электрические диполи, называют полярными диэлектриками. Типичными представителями таких веществ являются вода, аммиак, эфир, ацетон. Наряду с полярными диэлектриками существуют неполярные, молекулы которых не являются диполями, например, Н2, N2 , углеводороды и т.д. В отсутствие электрического поля дипольные моменты молекул либо равны нулю, либо ориентированы хаотически. В обоих случаях суммарный дипольный момент диэлектрика равен нулю. В неполярном диэлектрике, помещенном в электрическое поле, у молекулы возникают дипольные моменты, пропорциональные напряженности поля , где b - поляризуемость молекул, зависящая от строения и сил межатомных связей, которые всегда ориентированы вдоль линий поля, несмотря на тепловое движение. В результате поляризации молекул на поверхности диэлектрика появляются связанные заряды (рисунок 22).
Рисунок 22 Рисунок 23 Рисунок 24
В полярных диэлектриках под действием электрического поля происходит ориентация дипольных моментов вдоль направления поля, так как на диполь, электрический момент которого равен , в однородном электрическом поле действует пара сил (рисунок 23) . Вращающий момент этой пары сил равен , или в векторном виде .
Под действием вращающего момента диполь стремится к ориентации вдоль силовых линий. Ориентирующему действию внешнего поля препятствует тепловое движение молекул, стремящееся разбросать их дипольные моменты по всем направлениям. В результате действия двух факторов: электрического поля и теплового движения в диэлектрике устанавливается некоторая преимущественная ориентация дипольных моментов молекул в направлении поля, что и обусловливает поляризацию диэлектрика (рисунок24). Мерой поляризации диэлектрика является вектор поляризации, равный векторной сумме дипольных моментов молекул единицы объема вещества или другими словами, если дипольный момент молекул диэлектрика в объеме V равен , то вектор поляризации численно равен . (19) Опытным путем установлено, что вектор поляризации диэлектрика пропорционален напряженности результирующего поля (20) где c -диэлектрическая восприимчивость вещества. Найдем связь между вектором поляризации и наблюдаемой на опыте поверхностной плотностью связанных зарядов s. Для этого выберем диэлектрик в форме параллелепипеда и поместим его в электрическое поле (рисунок 25). Дипольный момент этого диэлектрика равен . (21)
Рисунок 25
С другой стороны, согласно определению (21), дипольный момент равен произведению вектора поляризации на объем параллелепипеда . (22) Приравнивая правые части выражений (21) и (22), получим ; ; . (23) Таким образом, нормальная составляющая вектора поляризации (проекция на нормаль к основанию параллелепипеда) численно равна поверхностной плотности связанных зарядов, то есть поверхностная плотность связанных зарядов может служить мерой поляризации диэлектрика.
Для характеристики электрического поля в среде вводится вектор электрического смещения или электрической индукции , где e0= 8,85.10-12 Ф/м – электрическая постоянная, e - диэлектрическая проницаемость среды. Таким образом, вектор электрического смещения пропорционален вектору напряженности . Для поля точечного заряда . Теорема Гаусса для вектора электрического смещения имеет вид Поток вектора электрического смещения через замкнутую поверхность, охватывающую заряды, равен алгебраической сумме зарядов внутри поверхности. Относительная диэлектрическая проницаемость e является важной характеристикой диэлектрика. Выясним физический смысл e. Предположим, что поле в вакууме создается точечным зарядом Q, тогда в точке, удаленной от заряда на расстояние r напряженность . (24) Если же заряд находится в среде с относительной диэлектрической проницаемостью e, то в этой точке напряженность . , (25) то есть относительная диэлектрическая проницаемость среды показывает, во сколько раз напряженность поля в вакууме, созданного свободными зарядами, больше напряженности поля, созданного этими же зарядами в среде.
Дата добавления: 2014-11-29; Просмотров: 460; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |