Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Диэлектрики в электростатическом поле



Диэлектрики – вещества, которые практически не проводят электрический ток (изоляторы). В отличие от проводников в диэлектриках нет свободных носителей тока.

Молекулы диэлектрика электрически нейтральны: суммарный заряд электронов и атомных ядер, входящих в состав молекулы равен 0. Однако молекулы обладают электрическими свойствами.

В первом приближении молекулу можно рассматривать как электрический диполь с дипольным моментом , где q – суммарный положительный заряд всех атомных ядер в молекуле; – вектор, проведенный из «центра тяжести» электронов в молекуле в «центр тяжести» положительных зарядов атомных ядер. Как всякий электрический диполь, молекула создает электрическое поле.

У симметричных молекул (Н2, О2, N2) в отсутствие внешнего поля = 0 (т.е. «центры тяжести» положительных и отрицательных зарядов совпадают) и р= 0. Такие молекулы называются неполярными, а диэлектрик – неполярным.

У несимметричных молекул (СО2, NH3, HCl) «центры тяжести» зарядов сдвинуты друг относительно друга. и р ≠ 0, т.е. молекулы обладают собственным дипольным моментом Такие молекулы называются полярными, а диэлектрик – полярным. У таких молекул р = const(жесткий диполь).

Под действием внешнего электрического поля происходит поляризация диэлектрика.

У неполярного диэлектрика происходит деформация электронных оболочек атомов и молекул. Центры тяжести положительных и отрицательных зарядов смещаются относительно друг друга и неполярная молекула приобретает во внешнем электрическом поле индуцированный дипольный момент, пропорциональный напряженности поля:

р = ε 0α Е,

где α – поляризуемость молекулы. Такая поляризация называется электронной или деформационной.

У полярного диэлектрика, когда внешнее электрическое поле отсутствует, в результате хаотического теплового движения молекул векторы их дипольных моментов р ориентированы хаотически. Поэтому суммарный дипольный момент полярного диэлектрика Σ рi = 0.

Под действием внешнего электрического поля дипольные моменты молекул ориентируются в направлении вектора Е. Такая поляризация называется ориентационной или дипольной.

В ионных кристаллах (NaCl и др.) под влиянием внешнего электрического поля положительные и отрицательные ионы смещаются в противоположные стороны. Каждая ячейка кристалла становится диполем, и кристалл поляризуется. Такая поляризация называется ионной решеточной.

Количественной мерой поляризации диэлектрика является поляризованность диэлектрика Р:

,

где рi дипольный момент i - ой молекулы; N – общее число молекул в объеме Δ V.

Поляризованность Р изотропных диэлектриков любого типа связана с напряженностью Е поля соотношением

, (1.10)

где диэлектрическая восприимчивость диэлектрика, не зависящая от Е величина.

Различают два типа возбудителей (источников) электростатического поля в диэлектрике:

1) свободные заряды;

2) связанные или поляризационные заряды.

Например, поле в конденсаторе создается свободными зарядами на обкладках конденсатора с поверхностной плотностью σ и связанными зарядами с плотностью σ ′, возникающими при поляризации диэлектрика.

Так как σ ′ < σ, то результирующая напряженность поля равна

Е = Е0Е′ ,

где Е0 – напряженность внешнего поля; Е′ – напряженность поля, вызванного поляризацией диэлектрика.

Вычисление полей в диэлектрике упрощается, если ввести величину D, называемую вектором электрического смещения (электрической индукцией). Величина D характеризует электрическое поле, создаваемое только свободными зарядами, и определяется соотношением

D = ε 0 E + P. (1.11)

Подставляя (1.10) в (1.11), получаем

 

D = ε 0(1 + ) E . (1.12)

Безразмерная величина называется диэлектрической проницаемостью вещества. Для вакуума ε = 1, для диэлектриков ε > 1. Величина ε показывает, во сколько раз напряженность поля в вакууме больше напряженности поля в диэлектрике:

.

Таким образом, выражение (1.12) принимает вид

.

Следовательно, напряженность поля Е зависит от свойств среды, а электрическое смещение D – нет.

 

Лабораторная работа №1


Поделиться:



Популярное:

  1. III. Изучение геологического строения месторождений и вещественного состава полезного ископаемого
  2. V). Фотосъёмки, произведённые 21 декабря 1944 во время полета 15SG/994 для оценки причинённого бомбардировкой ущерба.
  3. V. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВЕЩЕСТВЕ
  4. V. ТИПОВАЯ ФРАЗЕОЛОГИЯ РАДИООБМЕНА ДИСПЕТЧЕРОВ ОРГАНОВ ОБСЛУЖИВАНИЯ ВОЗДУШНОГО ДВИЖЕНИЯ (УПРАВЛЕНИЯ ПОЛЕТАМИ) С ЭКИПАЖАМИ ВОЗДУШНЫХ СУДОВ
  5. А. Полезна ли деятельность профсоюзов для функционирования рынка труда?
  6. Аллювий, его фации и их особенности. Полезные ископаемые, связанные с аллювием.
  7. Бесполезно сердиться или разочаровываться в самом себе
  8. Бесполезность всех остальных способов приближения к Аллаху
  9. Биологические и хозяйственно - полезные признаки сельскохозяйственной птицы.
  10. БЛАГА, ПОЛЕЗНОСТЬ. ТЕОРИЯ ПРЕДЕЛЬНОЙ ПОЛЕЗНОСТИ
  11. БЛИЖНИЙ ВОСТОК — ПОЛЕМ БИТВЫ
  12. БСП однородного состава, внутри кот. выд. предл. со знач. перечисл. и сопост. (т.е. отнош., хар-ные для ССП): лошади тронулись, кибитка полетела, колокольчик зазвенел.


Последнее изменение этой страницы: 2016-03-26; Просмотров: 712; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.091 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь