2.Поляризация диэлектриков

При внесении в э/поле каких-либо диэлектриков э/оле изм-я.Для выяснения этого вопроса обратимся к опытам. Зарядим электрометр и отметим его показание. Приблизим к электрометру какое-либо незаряж.диэлектр- тело,н-р толстую стекл.

пластину (рис. 45)Поазания электрометра уменьш-я, к/а ластина нах-я вблизи электрометра, и вновь восст-я при удалении пластины.

Е/ бы вместо диэл.мы приближали к электрометру проводник, то мы наблюдали бы подобное же явление. Нона пров-е возн-т индукц-е з-ды, кот-е и изм-т э/поле. Отсюда м/о заключ., что на диэл. в э/ поле также возн-т з-ды; на ближайшей к телу части диэл. появл-ся зд-ы, разноименные с з-дом влияющего тела, а на удал-ой части диэл. — одноименные заряды (рис. 45).

Появл-е з-дов на диэл. ведет к возник-ю сил, действ-х на диэл., даже е/и они первоначально были незаряж.. Подвесим на тонкой нити стекл. или парафиновую палочку (рис. 46) и приблизим к ней заряж шар Палочка начнет поворач-ся и устан-ся св. осью вдоль линий напряж-ти поля, т.е. т.о., что ее ось окажется направл-ой к центру шара. Это свидетель-т о том, что на ближайшей к шару части палочки появл-ся з-ды, разноимен. с з-дом шара, а на удаленной части — одноименные,т.е. на первоначально незаряженных диэлектриках в электрическом поле возникают электрические з-ды.

Рис 49 Модель неполяризованного (а) и поляризованного (б) диэлектрика

На диэл. появл-ся э/полюсы, отчего и самое явление получ. назв-е поляризац. диэл. Зд-ы, возник-е на диэл.в э/поле, мы б/м наз. поляризац-ми зарядами.

Явл-е поляризац. диэл .имеет сходство с индукцией в пров-ках .Но м/у обоими явл-ми им-ся и важ.различие Разъед-я в э/поле пров-к на части, м/о отделить друг от друга индукц-е з-ды, и п/э после исчезновения поля разъединенные части пров-ка ост-ся заряж-ми.

Разъединяя же в э/поле диэл., мы найдем, что после устранения поля каждая часть диэл. ост-ся по-прежнему незаряж.Отделить друг от друга поляризац. з-ды невозм/о

Это различие объясн-ся тew, что в металлах «-»з-д сущ-т в подвижном сост-и в виде электронов провод-сти, кот-е м/т перемещ-ся на значит-е расст-я П/э индукц. з-ды в металлах м/о отделить друг oт друга В диэл. же з-ды обоих знаков связаны друг с другом и м/т т/о смещ-ся на малые расст_я в пределах одной молекулы.

Неполяриз-й диэл. (в отсут-е э/поля) м/о схемат-ки изобразить в виде собрания молекул, в каждой из кот-х рав-е »+» и «-» з-ды распределены равномерно по всему объему молекулы (рис 49, а) При поляризац. диэл. з-ды в кажд. молекуле смещ-ся в противополож. стороны, и на одном конце молекулы появл-ся «+»з-д, а на др. — «-» (рис. 49, б),Каждая молекула превращ-ся в э/диполь.

Вектор поляризации.

При поляризац. диэл. кажд. его молекула превращ-ся в Эл/диполь и, следоват-но, приобретает определенный Эл/момент, рав-й p = ql.

При этом вектор смещения l считается направл-м от»-» з-да к «+».

Для количеств-ой харак-ки поляризац. диэл. служит спец-я физ-я величина, назыв-я поляризованностью-- электрический момент единицы объема диэлектрика. Он равен векторной сумме электрических моментов всех молекул, заключенных в единице объема:(39.1)Е/и диэл. однороден и смещение зарядов l одинаково во всех тxк, то и век-р Р будет одинаков по всему диэл.. Такую поляризацию наз. однородной.

Зная поляризованность Р' , м/о определить поляризац-е з-ды, и наоборот. Б/м считать поляризацию однородной и рассм.в э/ поле кусок диэл. в виде наклонной призмы с основанием S и ребром L, паралл-ым вектору Р (рис. 51). На одном из оснований призмы появятся »-» поляризац. з-ды с поверхност. плотностью —σ', а на

др.«+»з-ды с плотностью +σ', и призма приобретет эл/момент

Если α — угол м/у направл.

нормали к основ. призмы и век-м Р , то V призмы τ равен τ=SLcosα и п/э

Но, с др.стор., эту же велич. м/о выразить ч/з э/момент единицы объема:

Сравнивая оба последних рав-ва:

P_n- проекция в-ра Р на направление внеш. нормали к рассм-ой поверх-ти.

Получ-й рез-т показ-т, что поверхнос. плотность поляризац-х з-в равна нормальной составляющей поляризованности в дан.тчк поверх-ти.Эл/заряд, прошедший ч/з единицу поверх-ти, перпендик-ой к направлению смещения з-дов, равен модулю поляризованности.

Напряженность электрического поля внутри диэлектрика

Пусть размеры пробного з-да малы по сравнению с расст-ми м/у молекулами диэл. Т/а Эл/поле внутри диэл. весьма различно в разных тчк и достигает особенно больш. знач-й вблизи заряж-х концов молекул — диполей. Эти изм-я поля происходят лишь в микроскопич-х масштабах и недоступны непосредствен-у наблюдению.Это микроскопическое поля (Е_м)

Ср. знач-е напряж-ти Эл/поля наз-т напряж-ю Эл/поля внутри диэл.. Т.о.

Макроскоп-е знач. поля Е и потенциала U связаны так:

где U- разность потенциалов м/у обкладками,а-расст-е м/у ними,

Электростатическая индукция.(э/с индукция)

Рассм.границу 2х однородных и однородно поляризов-х диэл. / и 2 (рис. 55). В кажд. из диэл. вблизи поверх-ти раздела появятся поляризац-е зд-ы с плотностями σ₁′ и σ₂′ кот-е б/т иметь противопол-е знаки. Граница раздела окажется заряж-й с поверхност-й плотностью з-да σ₁′- σ₂′, отчего появится допол-е э/поле (σ₁′-σ₂′)/2ε₀,перпенд-е к границе раздела и направл-е в кажд.из диэл.

в противополож. стороны (рис. 55).

Обозначим напряж-ть полного поля в кажд. из диэл. ч/з Е₁ и Е₂ и разложим каждю из этих полей на 2 составляющие: касательную к границе раздела (Е_t₁ и E_t₂) и нормальную к границе (E_n₁ и E_n₂) Нормаль б/м считать направл-й от диэл. 1к диэл. 2. Так как э/поле з-дов поверх-ти раздела перпендик-но к этой поверх-ти, то касат-е составляющие поля не изм-ся и их знач-е в обоих диэл. б/т одинаково E_t₁₌E_t₂ (41/1).

Нормальные сосавляющие поля б/т различны:E_n₂-E_n₁=(σ₁′-σ₂′)/ε=(P_n₁-P_n₂)/ε_0,

где P_n₁ и P_nz — нормальные составляющие поляризов-и в кажд.диэл. Но, норм. составл-я напряжен-ти поля есть поток линий напряж-сти ч/ез единицу пов-сти. П/э число линий напряж-ти, проходящих ч/з единицу пов-ти раздела, в диэл./ и 2 не равно друг другу, а зн/т часть линий пре рывается на границе раздела

Е/и на пов-сти раздела кроме поляризац-х з-дов им-ся з-д с поверхностной плотностью σ,то вместо предыдущего соотношения имеем

E_n2-E_n1=(P_n1-P_n2)/ε₀+σ/ε₀

Теорема О—Г.Поток эл/смещения ч/з замкнутую пов-сть равен алгебраич-ой сумме всех з-дов.располож-х внутри повер-ти.Из формул D=εε₀E и

E(r)=q/4πε0r2=E₀(r)/ε следует, что электрическое смещение, создаваемое точечным зарядом в диэлектрике, есть

Оно такое же, как и в отсутствие диэл. в вакууме. П/э тh О- Гаусса для диэл. имеет тот же вид , что и для вакуума, где q это фактические з-ды тел без учета поляризац-х з-дов диэл.

Электроемкость.Рассм.2 прв-ка,м/у еот-ми сущ-ет электр-е направл-е.и все линии смещения,исходящие из данного пров-ка,закаляются на др.-это прост.конден-р.Оба пров-ка наз-ся обкладками конд-ра.Напряж-ть поля в любой тчк м/у обкладками конд-ра всегда пропорц-на з-ду обкладок,п/э q=cu,где с-электроемкость конд-ра.

1Ф=1Кл/1В=1Кл/В

Емкость зав-т от размеров конд-ра,формы,от мв-в среды,наход-ся м/у обкладками.Пусть с₀-емкость люб.конд-ра,к/а его обкладки нах-ся в вакууме,с-емкость того же конд-ра,е/и все пр-во м/у его обкладками заполнено каким-л.др.однород-м диэл.Отнош-е с/с₀=ε наз-т относит.диэл.проницаемостью.