Поляризация диэлектриков - раздел Физика, ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ При Внесении Вещества В Электрическое Поле Происходят Изменения, Как В Вещест...
При внесении вещества в электрическое поле происходят изменения, как в веществе, так и в электрическом поле. Простые опыты показывают, что на поверхности диэлектрика, внесенного в электрическое поле, возникают положительные и отрицательные заряды, которые не могут быть разделены никакими способами. В связи с этим такие заряды называются связанными, а диэлектрик – поляризованным. Для объяснения явления поляризации диэлектриков обратимся к общепринятой сейчас модели строения диэлектриков.
Диэлектрики, молекулы которых представляют собой электрические диполи, называют полярными диэлектриками. Типичными представителями таких веществ являются вода, аммиак, эфир, ацетон. Наряду с полярными диэлектриками существуют неполярные, молекулы которых не являются диполями, например, Н2 , N2 , углеводороды и т.д.
В отсутствие электрического поля дипольные моменты молекул либо равны нулю, либо ориентированы хаотически. В обоих случаях суммарный дипольный момент диэлектрика равен нулю. В неполярном диэлектрике, помещенном в электрическое поле, у молекулы возникают дипольные моменты, пропорциональные напряженности поля , где b - поляризуемость молекул, зависящая от строения и сил межатомных связей, которые всегда ориентированы вдоль линий поля, несмотря на тепловое движение.
В результате поляризации молекул на поверхности диэлектрика появляются связанные заряды (рисунок 22).
Рисунок 22 Рисунок 23 Рисунок 24
В полярных диэлектриках под действием электрического поля происходит ориентация дипольных моментов вдоль направления поля, так как на диполь, электрический момент которого равен , в однородном электрическом поле действует пара сил (рисунок 23) . Вращающий момент этой пары сил равен , или в векторном виде .
Под действием вращающего момента диполь стремится к ориентации вдоль силовых линий. Ориентирующему действию внешнего поля препятствует тепловое движение молекул, стремящееся разбросать их дипольные моменты по всем направлениям. В результате действия двух факторов: электрического поля и теплового движения в диэлектрике устанавливается некоторая преимущественная ориентация дипольных моментов молекул в направлении поля, что и обусловливает поляризацию диэлектрика (рисунок24).
Мерой поляризации диэлектрика является вектор поляризации, равный векторной сумме дипольных моментов молекул единицы объема вещества
или другими словами, если дипольный момент молекул диэлектрика в объеме V равен , то вектор поляризации численно равен
. (19)
Опытным путем установлено, что вектор поляризации диэлектрика пропорционален напряженности результирующего поля
(20)
где c -диэлектрическая восприимчивость вещества.
Найдем связь между вектором поляризации и наблюдаемой на опыте поверхностной плотностью связанных зарядов s. Для этого выберем диэлектрик в форме параллелепипеда и поместим его в электрическое поле (рисунок 25).
Дипольный момент этого диэлектрика равен . (21)
Рисунок 25
С другой стороны, согласно определению (21), дипольный момент равен произведению вектора поляризации на объем параллелепипеда
. (22)
Приравнивая правые части выражений (21) и (22), получим
; ; . (23)
Таким образом, нормальная составляющая вектора поляризации (проекция на нормаль к основанию параллелепипеда) численно равна поверхностной плотности связанных зарядов, то есть поверхностная плотность связанных зарядов может служить мерой поляризации диэлектрика.
Для характеристики электрического поля в среде вводится вектор электрического смещения или электрической индукции
,
где e0= 8,85.10-12 Ф/м – электрическая постоянная,
e - диэлектрическая проницаемость среды.
Таким образом, вектор электрического смещения пропорционален вектору напряженности .
Для поля точечного заряда .
Теорема Гаусса для вектора электрического смещения имеет вид
Поток вектора электрического смещения через замкнутую поверхность, охватывающую заряды, равен алгебраической сумме зарядов внутри поверхности.
Относительная диэлектрическая проницаемость e является важной характеристикой диэлектрика. Выясним физический смысл e. Предположим, что поле в вакууме создается точечным зарядом Q, тогда в точке, удаленной от заряда на расстояние r напряженность
. (24)
Если же заряд находится в среде с относительной диэлектрической проницаемостью e, то в этой точке напряженность
. , (25)
то есть относительная диэлектрическая проницаемость среды показывает, во сколько раз напряженность поля в вакууме, созданного свободными зарядами, больше напряженности поля, созданного этими же зарядами в среде.
Физические и химические свойства вещества от атома до живой клетки в значительной степени объясняются электрическими силами Электрические... Электростатическое... Пример Среда e Вакуум Воздух Керосин Вода...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Поляризация диэлектриков
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Общие положения электростатики. Закон Кулона
Электростатика изучает свойства и взаимодействие неподвижных зарядов. Фундаментальным свойством электрических зарядов является существование их в двух видах. Одни условно считаются
Электрическое поле. Напряженность
Электрические заряды взаимодействуют через пространство, окружающее их. Это пространство обладает рядом физических свойств, представляет собой одну из форм материи и называется элек
Теорема Гаусса
Задать электрическое поле – это значит указать в каждой точке величину и направление вектора напряженности
Потенциал
Помимо разности потенциалов, характеризующие две точки поля, используют понятие потенциала, который является энергетической характеристикой каждой точки поля. Введём это понятие, исходя из выражени
Поле внутри и вне проводника
Особенности электрических свойств проводящих материалов определяются наличием в них свободных зарядов. В обычных условиях положительные и отрицательные заряды компенсируют друг друга. Если же в про
Поле в диэлектрике
Поляризация диэлектрика приводит к возникновению в нем собственного электрического поля , ко
Особые диэлектрики
Поляризованность большинства диэлектриков исчезает, когда исчезает ее причина, то есть внешнее электрическое поле. Однако существуют такие диэлектрики, в которых поляризованность со
Электроемкость
Как мы видели, заряд, сообщенный проводнику, распределяется на его поверхности определенным образом. При этом, как показывает опыт, потенциал поверхности и величина заряда пропорцио
Емкость плоского конденсатора
Плоский конденсатор представляет собой две пластины (обкладки), между которыми помещен диэлектрик (рисунок31). Если не учитывать краевые эффекты, то электрическое поле между пластинами является одн
Емкость сферического конденсатора
В сферическом конденсаторе с радиусами обкладок R1 и R2 (R1< R2) и диэлектрической проницаемостью диэлектрика e напряженность поля в л
Батареи конденсаторов
Для получения большей емкости конденсаторы соединяют в батарею параллельно (рисунок 34). При этом общий заряд батареи равен сумме зарядов конденсаторов, а напряжение одинаково на всех конденсаторах
Энергия электрического поля
При перемещении зарядов в электростатическом поле совершается работа за счет убыли потенциальной энергии поля. Для того, чтобы выяснить, от каких величин зависит энергия электростат
Общие положения
Одним из основных понятий электродинамики является электрический ток. Электрическим током называют упорядоченное движение электрических зарядов в пространстве.
Упорядоченное движение свобо
Электрический ток в диэлектрике
В диэлектриках свободные заряды отсутствуют по определению. Идеальным диэлектриком является вакуум, в котором ток может существовать только при поступлении зарядов извне
Неоднородные цепи
Электрическая цепь, в которой непрерывное протекание тока обеспечивается за счет сторонних сил, называется н
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВАКУУМЕ
Вблизи неподвижных зарядов возникает электростатическое поле. Движение зарядов (протекание электрического тока) приводит к появлению новой формы материи – магнитного поля. Это особа
Контур с током в радиальном магнитном поле
Из формул (37) и (38) следует, что в однородном магнитном поле вращающий момент, действующий на контур с током максимален, если
Электродвигатели
Из рисунка 23 следует, что при выбранной ориентации полюсов магнита и направления тока а контуре вращающий момент направлен «на нас», то есть стремится повернуть контур против часов
Работа магнитного поля
Если действующая на проводник с током со стороны магнитного поля сила ампера вызывает его перемещение, то о
Намагниченность веществ
Различные вещества в магнитном поле намагничиваются, то есть приобретают магнитный момент и сами становятся источниками магнитных полей. Результирующее магнитное поле в среде является суммой полей,
Диамагнетики
У некоторых атомов (Cu, Au, Zn и др.) электронные оболочки имеют такое строение, что орбитальный и спиновый моменты взаимно скомпенсированы, и в целом магнитный момент атома равен н
Парамагнетики
У атомов таких веществ, как Al, Mn, Os и др. нескомпенсирован суммарный орбитальный момент, то есть в отсутствие внешнего поля у них имеются собственные магнитные моменты. Тепловое
Ферромагнетики и их применение
Вещества, у которых магнитная проницаемость достигает сотен и даже миллионов единиц, выделе
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ
В основе современного способа производства электроэнергии лежит физическое явление электромагнитной индукции, открытое Фарадеем в 1831 г.
Современная энергетика все больше
Явление электромагнитной индукции
Рассмотрим сущность электромагнитной индукции и принципы, которые приводят к этому явлению.
Предположим, что проводник 1-2 перемещается в магнитном поле со скоростью
Электрогенератор
Закон Фарадея относится к фундаментальным законам природы, и является следствием закона сохранения энергии. Он широко применяется в технике, в частности, в генераторах. Основная час
Самоиндукция
Явление электромагнитной индукции наблюдается во всех случаях, когда изменяется магнитный поток, пронизывающий контур. В частности, магнитный поток создается и током, текущим в самом контуре. Поэто
Переходные процессы в цепях с индуктивностью
Рассмотрим цепь, содержащую индуктивность и активное сопротивление (рисунок 44). В исходном состоянии ключ S находился в нейтральном положении.
Пусть в момент времени t
Взаимная индукция. Трансформатор
Явление взаимной индукции – это частный случай явления электромагнитной индукции.
Поместим два кон
УРАВНЕНИЯ МАКСВЕЛЛА
К середине XIX века было накоплено большое количество экспериментальных фактов по электричеству и магнетизму. Неоценимый вклад в это внес М. Фарадей, венцом творческих успехов котор
Энергия магнитного поля
Рассчитаем энергию магнитного поля. Для этого вычислим работу источника тока в цепи с индуктивностью. При установлении тока в такой цепи по закону Ома имеем
iR = ε
Вихревое электрическое поле
В соответствии с законом Фарадея для электромагнитной индукции в контуре, который движется в магнитном поле, возникает ЭДС, пропорциональная скорости изменения магнитного потока в э
Ток смещения
В соответствии с прямой гипотезой Дж. Максвелла изменяющееся магнитное поле порождает переменное электрическое поле. Обратная гипотеза Максвелла утверждает, что переменное электриче
Уравнения Максвелла
В 1860-65 гг. Максвелл развил теорию единого электромагнитного поля, которое описывается системой уравнений Максвелла
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
, где b - поляризуемость молекул, зависящая от строения и сил межатомных связей, которые всегда ориентированы вдоль линий поля, несмотря на тепловое движение.
В результате поляризации молекул на поверхности диэлектрика появляются связанные заряды (рисунок 22).
, в однородном электрическом поле действует пара сил (рисунок 23) 
. Вращающий момент этой пары сил равен 
, или в векторном виде 
.
, то вектор поляризации численно равен
. (19)
(20)
и наблюдаемой на опыте поверхностной плотностью связанных зарядов s. Для этого выберем диэлектрик в форме параллелепипеда и поместим его в электрическое поле (рисунок 25).
. (21)
. (22)
; 
; 
. (23)
,
пропорционален вектору напряженности 
.
.
. (24)
. 
, (25)
Новости и инфо для студентов