Потенциал поля, создаваемого точечным зарядом Q, равен

Откуда следует, что потенциальная энергия заряда qq в поле заряда Q равна

Потенциал. Связь напряженности и потенциала.

Поле двух бесконечных параллельных разноименно заряженных плоскостей.

Потенциал электростатического поля. Напряженность как градиент потенциала. Работа перемещения заряда в электростатическом поле и ее связь с разностью потенциалов.

Работу сил электро­статического поля можно представить как разность потенциальных энергий, которыми обладает точечный заряд Q ₀ в начальной и конечной точках поля заряда Q:

По­тенциал:

Работа сил поля при перемещении заряда Q ₀ из точки 1 в точку 2

разность потенциалов:

Таким образом, потенциал — физическая величина, определяемая работой по переме­щению единичного положительного заряда при удалении его из данной точки поля в бесконечность.

Напряженность как градиент потенциала. Эквипотенциальные поверхности

вектор Е:

где i, j, k — единичные векторы координатных осей х, у, z.

20.
Электрическое поле в веществе.

Свободные и связанные заряды в диэлектриках. Типы диэлектриков. Электронная и ориентационная поляризация. Вектор поляризации. Теория Остроградского - Гаусса для электростатического поля в диэлектрике. Диэлектрическая восприимчивость вещества. Электрическое смещение. Диэлектрическая проницаемость среды. Сегнетоэлектрики. Пьезоэлектрики.

Типы диэлектриков. Поляризация диэлектриков

Диэлектрик (как и всякое вещество) состоит из атомов и молекул.

Первую группу диэлектриков (N₂, Н₂, О_{2 и др.}) составляют неполярные диэлектрики. Под действием внешнего электрического поля заряды неполярных молекул смещаются в противоположные стороны (положительные по полю, отрицательные против поля) и молекула приобретает дипольный момент.

Вторую группу диэлектриков (H₂O и др.) составляют полярные диэлектрики. При отсутствии внешнего поля, однако, дипольные моменты полярных молекул вследствие теплового движения ориентированы в про­странстве хаотично и их результирующий момент равен нулю. Если такой диэлектрик поместить во внешнее поле, то силы этого поля будут стремиться повернуть диполи вдоль поля и возникает отличный от нуля результирующий момент.

Третью группу диэлектриков (NaCl и др.) составляют вещества, молекулы которых имеют ионное строение. Ионные кристаллы представляют собой пространственные решетки с правильным чередованием ионов разных знаков. В этих кри­сталлах нельзя выделить отдельные молекулы, а рассматривать их можно как систему двух вдвинутых одна в другую ионных подрешеток. При наложении на ионный кристалл электрического поля происходит некоторая деформация кристаллической решетки или относительное смещение подрешеток, приводящее к возни­кновению дипольных моментов.

Поляризацией диэлектрика называется процесс ориентации диполей или появления под воздействием внешнего электрического поля ориентированных по полю диполей.

Соответственно трем группам диэлектриков различают три вида поляризации:

электронная поляризация диэлектрика с неполярными молеку­лами, заключающаяся в возникновении у атомов индуцированного дипольного момен­та за счет деформации электронных орбит;

ориентационная поляризация диэлектрика с полярными молекулами, заключающаяся в ориентации имеющихся дипольных моментов молекул по полю.
ионная поляризация диэлектриков с ионными кристаллическими решетками, заклю­чающаяся в смещении подрешетки положительных ионов вдоль поля, а отрицатель­ных — против поля, приводящем к возникновению дипольных моментов.

Поляризованность. Напряженность поля в диэлектрике

При помещении диэлектрика во внешнее электрическое поле он поляризуется, т. е. приобретает отличный от нуля дипольный момент


где р _i — дипольный момент одной молекулы. Для количественного описания поляризации диэлектрика пользуются векторной величиной — поляризованностью, определяемой как дипольный момент единицы объема диэлектрика:

Если диэлектрик изотропный и Е не слишком велико, то

где — диэлектрическая восприимчивость вещества, характеризующая свойства ди­электрика; (для спирта {»25, для воды { =80).

Результирующее поле внутри диэлектрика

Поле Е'=s'/e ₀ - поле, созданное двумя бесконечными заряженными плоскостями; поэтому

Поверхностная плотность связанных зарядов s':

откуда напряженность результирующего поля внутри диэлектрика равна

Дата добавления: 2015-06-04