Поляризация диэлектрика

Рассмотрим полярный незаряженный диэлектрик.

При отсутствии электрического поля заряды полярных молекул вследствие теплового движения ориентированы хаотически. Если такой диэлектрик поместить во внешнее электрическое поле, то на заряды частиц будут действовать две силы, параллельные друг другу и направленные в противоположные стороны. Таким образом, создаётся вращающий момент, поворачивающий частицу.

Поляризация диэлектрика – явление смещения связанных зарядов диэлектрика во внешнем электрическом поле.

Вследствие поляризации на поверхности диэлектрика появляются равные по величине и противоположные по знаку заряды. Следует помнить, что заряды являются связанными и деление диэлектрика на части не приводит к электризации частей.

Заряды поляризации создают внутреннее электрическое поле, направленное противоположно внешнему. Согласно принципу суперпозиции полей результирующее поле в диэлектрике будет меньше внешнего.

Относительная диэлектрическая проницаемость – величина, равная отношению модуля напряжённости внешнего электрического поля к модулю напряжённости поля внутри диэлектрика.

Относительная диэлектрическая проницаемость показывает, во сколько раз напряжённость электрического поля в диэлектрике меньше напряжённости поля в вакууме.

Поляризация неполярного диэлектрика, показанная на рисунке, приводит к такому же результату.

Таким образом, для диэлектриков в электростатическом поле выполняются следующие положения:

● если граница однородного изотропного диэлектрика перпендикулярна внешнему электрическому полю, то напряжённость поля внутри диэлектрика в ε раз меньше, чем в вакууме;

● на поверхности диэлектрика появляются поляризационные заряды, но они являются связанными и не электризуют диэлектрик.

Электрическая емкость. Конденсатор

Электрическая ёмкость

Способность тела накапливать электрический заряд называют электроёмкостью.

Электроёмкость уединённого проводника – отношение заряда проводника к его потенциалу.

Электроёмкость показывает величину заряда, который нужно сообщить проводнику, чтобы увеличить его потенциал на 1 В.

Электроёмкость – величина, зависящая от геометрических размеров проводника и электрических свойств среды. Например, электроёмкость проводящего шара (сферы):

где ε – диэлектрическая проницаемость среды, окружающей шар; R – радиус шара; – электрическая постоянная.

Конденсатор

Уединённые проводники обладают небольшой электроёмкостью. На практике необходимы устройства, которые накапливали бы значительное количество заряда.

Конденсатор – два проводника, разделённые слоем диэлектрика, толщина которого много меньше размеров проводников. Проводники называют обкладками конденсатора и заряжают равными по модулю и противоположными по знаку зарядами. Под зарядом конденсатора понимают модуль заряда одной из обкладок.

Электроёмкость конденсатора – отношение заряда конденсатора к разности потенциалов между обкладками.

Конденсатор называют плоским, если его обкладки – параллельные поверхности. Электроёмкость плоского конденсатора:

где ε – диэлектрическая проницаемость среды между обкладками, ε₀ – электрическая постоянная, S – площадь перекрытия обкладок, d – расстояние между обкладками.