December 03 2016 15:42:56
School Nogma
Навигация
 
Авторизация
Логин

Пароль



Вы не зарегистрированы?
Нажмите здесь для регистрации .

Забыли пароль?
Запросите новый здесь.
 
Электрическое поле в диэлектриках
Основы электростатики

Электрическое поле в диэлектриках

1. Полярные и неполярные диэлектрики.

2. Поляризация диэлектриков в электрическом поле. Поляризованность. Поляризационные заряды.

3.Электрическое смещение. Абсолютная и относительная диэлектрическая проницаемость.

4. Теорема Гаусса для электрического поля в диэлектрике.

5.Граничные условия для электрического поля на поверхности раздела двух диэлектриков.

6. Плотность энергии электрического поля в диэлектрике.

К диэлектрикам относятся вещества с удельным сопротивлением ρ > img382. Большая величина ρ объясняется тем, что в диэлектриках практически нет свободных зарядов и поэтому они плохо проводят постоянный электрический ток. Действие постоянного электрического поля на диэлектрик заключается в пространственном перераспределении определенным образом связанных зарядов, входящих в состав атомов и молекул.

Все диэлектрики делятся на полярные и неполярные. В отсутствие внешнего электрического поля молекулы полярных диэлектриков обладают постоянным электрическим дипольным моментом, поскольку у них положительные и отрицательные заряды в некоторой степени пространственно разделены. К полярным молекулам относятся несимметричные двухатомные молекулы (img383), молекулы воды img384, некоторые многоатомные молекулы img385. Электрический дипольный момент несимметричных двухатомных молекул порядка img386, где img387- заряд электрона и img388- расстояние между атомами.

В отсутствие внешнего электрического поля атомы и молекулы неполярных диэлектриков не имеют постоянного электрического дипольного момента. Все атомы в основном состоянии с наименьшей энергией, симметричные двухатомные молекулы img389, некоторые трехатомные молекулы img390, а также большинство углеводородов являются неполярными.

В состоянии термодинамического равновесия при равном нулю внешнем электрическом поле суммарный электрический дипольный момент как полярных, так и неполярных диэлектриков равен нулю. Исключением являются так называемые сегнетоэлектрики, способные за счет взаимодействия молекул самопроизвольно (спонтанно) формировать отличный от нуля макроскопический электрический дипольный момент в отсутствие внешнего электрического поля. В случае полярных диэлектриков суммарный электрический дипольный момент равен нулю благодаря одинаковой вероятности ориентации электрического дипольного момента частиц диэлектриков в любом направлении.

Под действием постоянного электрического поля img391 все диэлектрики поляризуются, т.е. приобретают отличный от нуля суммарный электрический дипольный момент. В случае изотропных диэлектриков этот суммарный электрический дипольный момент направлен вдоль вектора img392. Для количественного описания поляризации вводится макроскопическая векторная величина, называемая поляризованностью (вектором поляризации). Поляризованность img393 равна полному электрическому дипольному моменту вещества в единице объема. В области относительно слабых электрических полей

img394,                                                                    (5.1)

где img395 - концентрация частиц в веществе, img396 - электрический дипольный момент img397 - ой частицы и img398 - диэлектрическая восприимчивость. В системе единиц СИ поляризованность имеет размерность img399, а диэлектрическая восприимчивость является безразмерной величиной.

Полярные и неполярные диэлектрики имеют разные физические механизмы поляризации, понимание которых основано на микроскопическом описании реакции отдельных частиц диэлектрика на внешнее электрическое поле.

Неполярные атомы и молекулы приобретают электрический дипольный момент благодаря деформации их внешних электронных оболочек под действием электрического поля. В случае изотропных частиц, находящихся в относительно слабом постоянном электрическом поле img400, они приобретают индуцированный полем электрический дипольный момент

img401,                                                                                  (5.2)

где img402 - поляризуемость частицы, имеющая размерность img403. Если внешнее поле img404 мало по сравнению с внутренним  полем, поляризуемость img405 не зависит от величины img406.

Из (5.1) и (5.2) следует, что для однородного и изотропного неполярного диэлектрика диэлектрическая восприимчивость

img407.                                                                                    (5.3)

Отметим, что диэлектрическая восприимчивость неполярных диэлектриков практически не зависит от температуры.

Поляризация жидких и газообразных полярных диэлектриков, молекулы которых могут относительно свободно менять свою ориентацию в пространстве, определяется моментом сил

img408,                                                                                (5.4)

действующим на постоянный электрический дипольный момент img409 со стороны постоянного электрического поля img410.

Момент сил (5.4) обращается в нуль, когда угол img411 между векторами img412 и img413 равен 0 и img414. Эти значения угла определяют равновесные ориентации электрического дипольного момента, которые могут быть либо устойчивыми, либо неустойчивыми. Потенциальная энергия взаимодействия электрического дипольного момента с электрическим полем

img415                                                                           (5.5)

имеет минимум при img416 и максимум при img417. Отсюда следует, что img418 есть устойчивое положение равновесия диполя, а img419- неустойчивое положение равновесия.

Комментарии
Нет комментариев.
Добавить комментарий
Пожалуйста, залогиньтесь для добавления комментария.
Рейтинги
Рейтинг доступен только для пользователей.

Пожалуйста, авторизуйтесьили зарегистрируйтесь для голосования.

Нет данных для оценки.

Время загрузки: 0.06 секунд 4,191,202 уникальных посетителей