Диэлектрики в электростатическом поле

Электрический диполь

Электрическое поле в веществе.

Электрический диполь -это система двух равных по модулю разноименных точечных зарядов (, ), расстояние между которыми значительно меньше расстояния до рассматриваемых точек поля (Рисунок 11).

		Рисунок 11. Электрический диполь

Вектор, направленный по оси диполя от к и численно равный расстоянию между ними, называется плечом диполя .

Вектор называется электрическим моментом диполя или дипольным моментом.

Напряженность поля в вакууме на продолжении оси диполя (в точке А - рисунок 12 а):

.

Напряженность поля в вакууме на перпендикуляре, восстановленном к оси из его середины (в точке В - рисунок 12 б):

Рисунок 12. К расчету напряженности электрического поля диполя

Молекулы некоторых диэлектриков имеют симметричное строение, т.е. у них центры "тяжести" положительных и отрицательных зарядов в отсутствие внешнего электрического поля совпадают. Вследствие этого дипольный момент данных молекул равен нулю и они называются неполярными. К таким молекулам относятся: и т.д.

Молекулы диэлектриков, имеющие асимметричное строение (центры "тяжести" положительных и отрицательных зарядов не совпадают) в отсутствие внешнего электрического поля обладают дипольным моментом и называются полярными. Это: Н₂О, СО, SО₂ и т.д. В отсутствие внешнего электрического поля дипольные моменты этих молекул из-за теплового движения ориентированы хаотично и их суммарный результирующий момент в веществе равен нулю.

К третьей группе диэлектриков (NaCl, KCl и т.д.) относятся молекулы, имеющие ионное строение с пространственной кристаллической решеткой. В электрическом поле происходит деформация кристаллической решетки и возникает дипольный момент каждой молекулы.

Внесение любого диэлектрика во внешнее электрическое поле приводит к возникновению отличного от нуля результирующего электрического момента диэлектрика и диэлектрик поляризуется.

Поляризацией называется процесс ориентации диполей или появления диполей под воздействием электрического поля. Соответственно трем группам диэлектриков различают три вида поляризации: электронная, ориентационная и ионная.

Дипольный момент диэлектрика: где - дипольный момент одной молекулы.

Для количественного описания поляризации диэлектрика пользуются векторной величиной, называемой поляризованность диэлектрика. Поляризованность -это дипольный момент единицы объема диэлектрика.

,где - объем диэлектрика

.

Для большинства диэлектриков поляризованность:

,где - диэлектрическая восприимчивость. Для любых диэлектриков > 0.

Рассмотрим процессы, происходящие в диэлектрике, внесенном в электрическое поле (рисунок 13).

В результате поляризации диэлектрика двумя параллельными бесконечными пластинами на правой его грани, обращенной к отрицательной плоскости, образуется избыток положительных зарядов с поверхностной плотностью . На левой его грани образуется избыток отрицательных зарядов с поверхностной плотностью - . Эти некомпенсированные заряды на поверхности диэлектрика называются связанными.

В диэлектрике на электростатическое поле свободных зарядов накладывается дополнительное поле связанных зарядов , направленное встречно, что уменьшает величину внешнего поля в диэлектрике.

Результирующая напряженность электрического поля в диэлектрике: , где

– относительная диэлектрическая проницаемость среды.

Полученные формулы объясняют физический смысл относительной диэлектрической проницаемости . Сила взаимодействия точечных зарядов в диэлектрике уменьшается по сравнению с вакуумом в раз потому, что данный диэлектрик уменьшает напряженность внешнего электрического поля в раз.

Дата добавления: 2015-03-29