Проводники и диэлектрики в электрическом поле

Если поле создается некоторой совокупностью электрических зарядов, то потенциал в любой точке определяется алгебраической суммой потенциалов создаваемых каждым зарядом, а напряженность поля равна геометрической сумме напряженностей. Это принцип суперпозиции (наложения) полей.

Кроме силовых, поле может быть изображено с помощью эквипотенциальных линий. Они ортогональны силовым. Например, наглядное представление однородного поля и поля дипольного заряда будет (рис.50),

Рисунок 50

Поверхность, во всех точках которой потенциал одинаков, называется эквипотенциальной.

Поскольку напряженность и потенциал характеризуют один и тот же объект – электрическое поле, они связаны между собой (рис.51).

Действительно, пусть заряд q перемещается из точки с потенциалом φ₁ в точку с потенциалом φ₂. Будет совершена работа

,

или

.

Рисунок 51 Из равенства следует

. (12)

Напряженность поля равна по величине и противоположна по направлению градиенту потенциала

Распределение электрического поля в проводниках и диэлектриках различны. Это обусловлено их строением – металлы имеют решетку, в узлах которой находятся атомы, а между ними свободные электроны. Распределение электрического поля в проводниках и диэлектриках различны. Это обусловлено их строением – металлы имеют решетку, в узлах которой находятся атомы, а между ними свободные электроны. Под действием внешнего электрического поля

Рисунок 52 электроны будут перемещаться против силовых

линий до тех пор, пока напряженность внутреннего поля не будет равна напряженности внешнего (рис.52).

Напряженность поля внутри проводника равна нулю, а потенциал постоянен! То есть, поверхность проводника эквипотенциальна, а электрические заряды расположены на внешней поверхности.

Диэлектрики в электрическом поле поляризуются, то есть в них тоже возникает внутреннее электрическое поле, но, в отличие от проводников, оно никогда не компенсирует внешнее и, поэтому напряженность не равна нулю. Диэлектрики могут быть полярными и неполярными.

В полярных диэлектриках атомы представляются в виде диполей хаотически ориентированных в пространстве. Под действием внешнего электрического поля они ориентируются и создают внутреннее поле, которое уменьшает внешнее (рис.53).

В неполярных диэлектриках атомы электрически нейтральны. Под действием внешнего электрического поля траектория электронов «вытягивается» и возникают ориентированные против внешнего поля диполи. Создаваемое ими внутренне поле также уменьшает внешнее.

Если напряженность однородного поля в вакууме Е₀, то в диэлектрике она будет меньше Е. Отношение напряженности поля в вакууме к напряженности в однородной изотропной диэлектрической среде при неизменных зарядах создающих поле называется относительной диэлектрической проницаемостью (или диэлектрической проницаемостью)

Рисунок 53 (13)

Ослабление электрического поля в диэлектрике определяется относительной диэлектрической проницаемостью ε.

Действительно, пусть два заряда взаимодействуют в вакууме с силой

. (14)

Эти же заряды в произвольной среде взаимодействуют с силой

. (15)

Отношение или . (16)

Произведение ε₀ε = ε_а называется абсолютной диэлектрической проницаемостью данной среды.

Таким образом, основные формулы электростатики для произвольной однородной изотропной среды имеют вид

; ;

(17)

.

Дата добавления: 2014-01-04