Диполь в неоднородном внешнем электрическом поле

(3.6)

Под действием этой силы диполь будет либо втягиваться в область более сильного поля (), либо выталкиваться из него () (рис. 3.4).

Такое же действие оказывает электрическое поле на молекулы диэлектрика.

3.2. Свободные и связанные (поляризационные) заряды
в диэлектриках. Поляризация диэлектриков.
Вектор поляризации (поляризованность)

Так как на молекулы диэлектрика во внешнем однородном электрическом поле действуют силы, стремящиеся развернуть их так, чтобы их электрический дипольный момент был направлен по направлению поля, то при определенных условиях может получиться так, что все молекулы диэлектрика сориентируются в поле и их электрические дипольные моменты будут направлены по направлению внешнего электрического поля. На поверхностях диэлектрика в этом случае "появятся" заряды обоих знаков с поверхностной плотностью +s^' и -s^' (рис. 3.5).

Процесс "появления" зарядов на диэлектриках во внешнем электрическом поле называют поляризацией диэлектрика. "Появившиеся" заряды называют связанными (поляризационными).

Различные вещества поляризуются по-разному в зависимости от их строения. Наиболее часто встречаются следующие виды поляризации диэлектриков:

а) деформационная поляризация – это поляризация диэлектриков, при которой у атомов возникает (индуцируется) дипольный момент за счет деформации электронных орбит. Наблюдается у диэлектриков, состоящих из неполярных молекул у веществ, молекулы которых имеют симметричное строение (N₂, H₂, O₂, CO_2, CH₄);

б) ориентационная, или дипольная поляризация, которая заключается в ориентации имеющихся дипольных моментов молекул по направлению электрического поля. Естественно, что тепловое движение препятствует полной ориентации молекул, но в результате совместного действия обоих факторов (электрического поля и теплового движения) возникает преимущественная ориентация дипольных моментов по полю. Ориентация тем сильнее, чем больше напряженность электрического поля и ниже температура. Она характерна для диэлектриков, состоящих из полярных молекул веществ, молекулы которых имеют асимметричное строение, т. е. центры "тяжести" положительных и отрицательных зарядов не совпадают. К таким веществам, например, относятся H₂O, NH₃, SO₂, CO;

в) ионная поляризация, которая заключается в смещении подрешетки положительных ионов вдоль поля, а отрицательных ионов - против поля. Смещение подрешеток приводит к возникновению дипольных моментов и ²появлению² на поверхности диэлектрика связанных зарядов. Наблюдается у диэлектриков, имеющих ионную кристаллическую решетку (например, у таких веществ, как NaCl, KCl, KBr).

Для количественной характеристики поляризации диэлектриков вводится в рассмотрение физическая величина, численно равная электрическому дипольному моменту единицы объема диэлектрика:

. (3.8)

Эта величина называется вектором поляризации, или поляризованностью. Если поле или диэлектрик однородны, то вектор поляризации одинаков по всему объему. Такую поляризацию называют однородной..

, (3.9)

где c – диэлектрическая восприимчивость вещества, не зависящая от напряженности внешнего электрического поля.

Между вектором поляризации P и поверхностной плотностью связанных зарядов s^' имеется связь

, (3.10)

С учетом того что , уравнение (3.12) можно переписать в виде

, (3.13)

где

–

относительная диэлектрическая проницаемость среды.

. (3.16)

,

,

. (3.17)

Следовательно, относительная диэлектрическая проницаемость среды показывает, во сколько раз электрическое поле ослабевает за счет диэлектрика.

Индукция электрического поля D внутри диэлектрика и вне диэлектрика одинакова, т.к. при умножении на ee₀ имеем

, или , (3.18)

Где

D = ee₀E–

.

Для потока вектора индукции электрического поля D справедлива теорема Остроградского-Гаусса: поток вектора индукции электрического поля через любую замкнутую поверхность равен алгебраической сумме электрических зарядов, заключенных внутри этой замкнутой поверхности.

Математически эту теорему можно записать так:

. (3.19)

Дата добавления: 2014-01-06