Электрическое поле в диэлектрике - раздел Физика, КОНСПЕКТЫ ЛЕКЦИЙ ПО ФИЗИКЕ
К Диэлектрикам Относятся Вещества В Которых Нет Свободных Зар...
К диэлектрикам относятся вещества в которых нет свободных зарядов или их число настолько мало, что они не оказывают существенного влияния на их характеристики. Известно, что по сравнению с вакуумом сила взаимодействия между зарядами в диэлектрике ослабевает и поэтому в формулы электростатики вводят новую характеристику – относительную диэлектрическую проницаемость среды ε.
Параметр ε описывает ослабление силы взаимодействия 
напряженности поля 
, потенциальной энергии U, потенциала φв среде (ε= Fвак/Fсред). Для вакуума ε= 1, для всех сред ε> 1, но с достаточной степенью точности при проведении многих расчетов можно принять ε для газа равной единице.
Молекулы среды характеризуются электрическим дипольным моментом. Электрическим диполем называют систему двух одинаковых по величине разноименных точечных зарядов +qи –q, расстояние lмежду которыми значительно меньше расстояния до тех точек, в которых определяется поле системы. 
- дипольный момент. Вектор 
направлен по оси диполя от отрицательного заряда к положительному заряду (рис. 7.6).
Молекулы делятся на полярные и не полярные молекулы. У полярных молекул в отсутствие электрического поля центры тяжести положительных и отрицательных зарядов не совпадают. Такие молекулы представляют собой диполи, у которых дипольные моменты ориентированы в пространстве при отсутствии электростатического поля произвольным образом. Электрическое поле оказывает ориентирующее действие на такие молекулы. У неполярных молекул в отсутствие электрического поля центры тяжести положительных и отрицательных зарядов совпадают, поэтому дипольный момент молекулы равен нулю. В электрическом поле неполярная молекула за счет смещения ее положительных и отрицательных зарядов приобретает дипольный момент, пропорциональный векторуэлектрического поля:
где α– скалярная величина, называемая поляризуемостью молекулы.
Диэлектрик, помещенный во внешнее электрическое поле напряженности 
, поляризуется – создает собственное электрическое поле напряженности
. При этом напряженность результирующего поля будет равна
Поляризация диэлектрика сопровождается появлением на его противоположных гранях некомпенсированных связанных зарядов 
, которые создают поле 
. Поверхностная плотность заряда 
характеризует распределение заряда по поверхности диэлектрика.
Из рисунка 7.7 видно, что внутри происходит компенсация зарядов соседних молекул. Некомпенсированными остаются заряды молекул на противоположных гранях диэлектрика, они называются связанными зарядами, поскольку находятся внутри молекул и не могут свободно перемещаться по всему объему диэлектрика.
В полярном диэлектрике в отсутствие электрического поля за счет теплового движения молекул их дипольные моменты
разбросаны хаотически по всем направлениям, следовательно, диэлектрик не поляризован (рис. 7.8а). Во внешнем электрическом поле его силы стремятся установить дипольные моменты молекул вдоль поля , чему препятствует тепловое движение молекул. За счет действия этих двух факторов наблюдается преимущественная ориентация дипольных моментов молекул вдоль поля (рис. 7.8б).
Для облегчения расчетов электрических полей в диэлектриках вводится понятие поляризованность 
(вектор поляризации) среды. Она равна векторной сумме дипольных моментов молекул, находящихся в единице объема диэлектрика.
Опытным путем была установлена формула
где величина χ определена как диэлектрическая восприимчивость диэлектрика.
Теорема Гаусса в диэлектрике принимает вид:
Так как сумму связанных зарядов
,заключенных в выделенном объеме, трудно определить,
вводят вектор электрического смещения 
ε = 1+χ.
Теорема Гаусса с введением 
принимает более простой вид:
Лекция 8
Все темы данного раздела:
ПО ФИЗИКЕ
Часть 1. Механика. Электричество и магнетизм. Колебания
Методические указания для студентов дневной формы обучения машиностроительного факультета
С
Механика. Материальная точка. Движение материальной точки. Скорость и ускорение произвольно движущейся точки
Механика – это наука о механическом движении тел и происходящих при этом взаимодействиях между ними. Кинематика – раздел механики, который рассматривает лишь само перемещение тел в зависимости от в
Кинематика вращательного движения
Пусть м. т. движется со скоростью по окружности радиуса rвокруг неподвижной оси вращения (рис.1.4а). Положение точки на окружн
Динамика движения материальной точки. Законы Ньютона
Динамика изучает движение тел в связи с теми причинами (взаимодействиями между телами), которые обуславливают тот или иной характер движения. Механическое взаимодействие тела с другими телами описы
Сила тяготения, сила тяжести, вес тела
Ньютон установил закон всемирного тяготения – материальные точки притягиваются друг друга с силой F пропорциональной их массам m1 и m2
Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции
Законы Ньютона выполняются только в инерциальных системах отсчета. Системы отсчета, которые движутся ускоренно относительно инерциальных систем, называют неинерциальными.Внеинерциа
Центр масс. Закон сохранения импульса
Под центром масс системы тел понимают точку в пространстве, положение которой относительно какой-либо ИСО определяется радиус-вектором
Кинетическая энергия. Работа. Мощность
Рассмотрим простейшую систему, состоящую из одной частицы, на которую действует сила . Напишем уравнение движения этой частицы:
Потенциальная энергия
Потенциальной энергией можно характеризовать систему тел только в том случае, если между телами этой системы взаимодействие осуществляется посредством консервативных сил. Силы называют консервативн
Вращательное движение твердого тела. Момент инерции. Теорема Штейнера
Твердыми называют тела, в которых не происходит перемещение одних частей этого тела относительно других.
Если прямая линия, проведенная через две точки этого тела, остается параллельной са
Кинетическая энергия вращающегося твердого тела
Определим выражение кинетической энергии для тела, вращающегося вокруг выделенной оси (рис. 3.2). Разобьем тело на отдельные матер
Основное уравнение динамики вращательного движения
Если тело, закрепленное на неподвижной оси О, приходит во вращательное движение под действием некоторой силы
Силы трения. Статическое и кинематическое трение
Всякое движущееся тело встречает сопротивление своему движению со стороны окружающей его среды и других тел, с которыми оно соприкасается. На любое движущееся тело действуют силы трения
Статическое трение
Рис. 3.4
Если к телу, лежащему на горизонтальной плоскости (рис. 3.4), приложит
Кинематическое трение
Закон Амонтона – Кулона для трения скольжения можно выразить формулой:
Fск=f'N, (3.12)
гдеf' – коэффициент трения скольжения, а
Условие неразрывности потока жидкости
Течение жидкости принято изображать с помощью линий тока – это линии, в каждой точке которых векторы скоростей частиц жидкости направлены по
Уравнение Бернулли
Рассмотрим течение идеальной несжимаемой жидкости по трубке тока. Под действием сил давления действующих внутри жидкостей, большой объем
Сила внутреннего трения
Идеальная жидкость, т. е. жидкость без трения, является абстракцией. Всем реальным жидкостям и газам в большей или меньшей степени присуща вязкость или внутреннее трение. Вязкость проявляется в том
Ламинарное и турбулентное течение
Наблюдается два вида течения жидкости (или газа). В одних случаях жидкость как бы разделяется на слои, которые скользят друг относительно друга, не перемешиваясь. Такое течение называют лам
Преобразования Галилея. Принцип относительности Галилея
Рассмотрим две инерциальные систем системы отсчета (рис. 4.3) – неподвижную К с осями координат Ох, Оу, Оzи движущуюся относительно ее с постоянной скоростью
Все физические явления протекают одинаково во всех ИСО;
4) все законы физики инвариантны относительно преобразований Лоренца.
Согласно второму постулату специальной теории относительности скорость света в вакууме одинак
Следствия из преобразований Лоренца
Одновременность событий в разных системах отсчета.Пусть в системе К в точках с координатами х1 и х2 происходят одновременно два события в момент
Релятивистский закон сложения скоростей.
Пусть вдоль совпадающих осей Ох и О'х' систем отсчета К и К' в их положительном направлении с постоянной скоростью движется тело. Проекция вектора скорости тела на
Релятивистские выражения массы и импульса тела
Уравнения Ньютона инвариантны по отношению к преобразованиям Галилея. Однако по отношению к преобразованиям Лоренца они оказываются не инва
Релятивистское выражение для энергии
Найдем выражение для кинетической энергии материальной точки в релятивистской механике. Приращение dTкинетической энергии материальной точки при элементарном перемещении
Электрические заряды. Закон Кулона
В природе существует два рода электрических зарядов – положительные и отрицательные. На основании ряда опытов было выявлено, что электрический заряд любого тела состоит из целого числа элементарных
Потенциальная энергия. Потенциал. Работа сил электрического поля
Взаимодействие между неподвижными зарядами осуществляется посредством электростатического поля: взаимодействуют не заряды, а один заряд в месте своего расположения взаимодействует с полем, созданны
Напряженность поля. Принцип суперпозиции полей
Количественной характеристикой силового действия электрического поля на заряженные частицы и тела служит векторная величина , называемая нап
Связь между потенциалом и напряженностью
Элементарная работа, совершенная при бесконечно малом перемещении заряда qв электрическом поле
и dA= – dU= – d
Графическое изображение электростатических полей
Для графического изображения электростатических полей используют линии вектора - они проводятся так, чтобы в каждой точке вектор
Поле заряженного проводника
К проводникам относятся вещества, проводящие электрический ток; в них имеются свободные заряды, которые способны перемещаться по проводнику под действием электрического поля. В металлических провод
Электроемкость конденсатора
Рассмотрим уединенный проводник, в окружающем пространстве которого нет других тел. Из формул электростатики следует, что заряд проводника qи его потенциал φ (он в условиях равновесия одинаков
Энергия электрического поля
Выведем формулу для энергии заряженного проводника. Рассмотрим работу внешних сил по увеличению заряда проводника от q1 = 0 до q2. Для этого будем малыми порциям
Электродвижущая сила. Закон Ома для неоднородного участка цепи
Возьмем замкнутую электрическую цепь, содержащую источник тока. Рассмотрим как происходит движение положительного заряда (+q
Правила Кирхгофа
Эти правила используются для расчета разветвленных цепей.
Для формулировки первого правила Кирхгофа введем понятие узла электрической цепи – это точка цепи, в которой сход
Сила Лоренца. Закон Ампера
На заряд, движущийся в магнитном поле, действует сила, которую мы будем называть магнитной. Эта сила определяется зарядом q, скоростью его движения и магнитной индукцией
Магнитное поле в веществе
Все вещества являются магнетиками – при помещении их во внешнее магнитное поле они создают свое магнитное поле
Опыты Фарадея. Явление электромагнитной индукции
После десяти лет упорной работы Фарадею удалось показать, что не только электрический ток создает в окружающем пространстве магнитное поле, но и магнитное поле способно порождать в замкнутом провод
Токи Фуко
Токи Фуко – это индукционные токи, возникающие в массивных проводниках. Для таких проводников сопротивление Rбудет мало, и по этому индукционные токи (Ii = εi/R) д
Явления самоиндукции и взаимоиндукции
Рис. 10.4
Возьмем контур, по
Второе уравнение Максвелла в интегральной форма. Ток смещения
Основная идея теории Максвелла заключается во взаимосвязи электрических и магнитных полей: если переменное магнитное поле порождает в окружающем пространстве электрическое поле, то, в свою очередь,
Уравнения Максвелла
В основе теории Максвелла, позволяющей описать электрические и магнитные явления в любой среде, лежат записанные ниже уравнения.
1.
Гармонические колебания
К колебательным движениям относят такие движения, которые характеризуются той или иной степенью повторяемости во времени описывающих их величин. С колебаниями мы встречаемся при изучении самых разл
Сложение гармонических колебаний одного направления и одинаковой частоты
Пусть тело одновременно участвует в двух гармонических колебаниях одинаковой частоты, происходящих в одном направлении, причем амплитуды и
Сложение взаимно перпендикулярных колебаний.
Допустим, что м. т. может совершать колебания как вдоль оси х, так и вдоль перпендикулярной к ней оси у. Если возбудить оба колебания, м. т. будет двигаться по некоторой, вообще говоря, криволинейн
Затухающие колебания
Затухающие колебания наблюдаются в замкнутой механической системе (Fвнеш = 0), в которой имеются потери энергии на преодоление сил сопротивления, или в закрытом колебательном конт
Вынужденные колебания
Под вынужденными колебаниями понимают колебания, происходящие в системе в результате внешнего воздействия (внешней силы или внешнего напряжения), изменяющегося со временем по гармоническому закону.
Вынужденные колебания в цепи переменного тока
Рис. 12.3.
Воспользуемся электрическо
Мощность в цепи переменного тока
Найдем мощность, выделяемую в цепи переменного тока. Мгновенное значение мощности равно произведению мгновенных значений напряжения и силы тока:
Векторы и скаляры
Величины, для задания которых достаточно одного числового значения, называются скалярными. Примерами скаляров могут служить путь, масса, время и т. д.
Величины, для задания которых необход
Новости и инфо для студентов