Два типа диэлектриков - полярные и неполярные

Полярные - центры "+" заряда и центры "-" заряда смещены, например, в молекуле воды H2O.
Модель полярного диэлектрика жесткий диполь:

Два типа диэлектриков - полярные и неполярные - student2.ru

Дипольный момент молекулы:

Два типа диэлектриков - полярные и неполярные - student2.ru .

Неполярные диэлектрики - центры распределения "+" и "-" зарядов совпадают, молекула (атом) симметричны. Например, атом водорода. У него в отсутствии поля центр распределения отрицательного заряда совпадает с положением положительного заряда. При включении поля положительный заряд смещается в направлении поля, отрицательный - против поля:

Два типа диэлектриков - полярные и неполярные - student2.ru

модель неполярного диэлектрика - упругий диполь:   Два типа диэлектриков - полярные и неполярные - student2.ru


Дипольный момент этого диполя пропорционален электрическому полю

Два типа диэлектриков - полярные и неполярные - student2.ru .

9.13.2. Поляризованность диэлектрика (вектор поляризации) - это дипольный момент единицы объема:

Два типа диэлектриков - полярные и неполярные - student2.ru .


Два типа диэлектриков - полярные и неполярные - student2.ru - дипольный момент одной молекулы.
У диэлектриков любого типа

Два типа диэлектриков - полярные и неполярные - student2.ru .


α - диэлектрическая восприимчивость (безразмерная величина).

9.13.3. Пластина диэлектрика в плоском конденсаторе
На следующих рисунках изображен плоский конденсатор без диэлектрика (рис. а) и с диэлектриком (рис. б). В конденсаторе без диэлектрика поле E0 создается свободными зарядами, т. е. зарядами, находящимися на пластинах конденсатора. В конденсаторе с диэлектриком поле E в объеме, занятом диэлектриком, является разностью двух полей: поля свободных зарядов (E0) и поля связанных зарядов (E'):

  Два типа диэлектриков - полярные и неполярные - student2.ru   Два типа диэлектриков - полярные и неполярные - student2.ru

Два типа диэлектриков - полярные и неполярные - student2.ru

Поле в диэлектрике

Два типа диэлектриков - полярные и неполярные - student2.ru .

Выразим σ' через вектор поляризации Два типа диэлектриков - полярные и неполярные - student2.ru (9.13.2)

Два типа диэлектриков - полярные и неполярные - student2.ru .

Два типа диэлектриков - полярные и неполярные - student2.ru - дипольный момент пластины диэлектрика, Два типа диэлектриков - полярные и неполярные - student2.ru - объем пластины.
Тогда

Два типа диэлектриков - полярные и неполярные - student2.ru .

С другой стороны (9.13.2),

Два типа диэлектриков - полярные и неполярные - student2.ru .

В результате

Два типа диэлектриков - полярные и неполярные - student2.ru ,

откуда:
поле в однородном и изотропном диэлектрике

Два типа диэлектриков - полярные и неполярные - student2.ru

в 1 + α раз меньше, чем поле в вакууме Е0.
Обозначим

  Два типа диэлектриков - полярные и неполярные - student2.ru - диэлектрическая проницаемость.


В однородном изотропном диэлектрике, свойства которого не зависят от направления в пространстве (изотропность), электрическое поле ослабляется в ε раз:

Два типа диэлектриков - полярные и неполярные - student2.ru .

Эта формула справедлива для аморфных, некристаллических диэлектриков. В кристаллах ситуация значительно сложнее.

9.13.4. Вектор электрического смещения
Для удобства описания поля в диэлектрике вводят вспомогательный вектор - вектор электрического смещения

Два типа диэлектриков - полярные и неполярные - student2.ru .

Плотность энергии электрического поля в диэлектрике

  Два типа диэлектриков - полярные и неполярные - student2.ru ,   сравните с (9.11.1).


Вводя D, получим:

Два типа диэлектриков - полярные и неполярные - student2.ru .

9.13.4.2. Теорема Гаусса для вектора Два типа диэлектриков - полярные и неполярные - student2.ru

Из (9.4.3):

Два типа диэлектриков - полярные и неполярные - student2.ru , или Два типа диэлектриков - полярные и неполярные - student2.ru .


В вакууме D = ε0E,

Два типа диэлектриков - полярные и неполярные - student2.ru .


Это выражение справедливо и для поля в диэлектрике, если qi- свободные заряды.

Постоянный электрический ток

Электрический ток - это упорядоченное движение электрических зарядов, в металле - электронов.
Ток, не изменяющийся со временем, называют постоянным.

Сила тока

Два типа диэлектриков - полярные и неполярные - student2.ru .

За время dt переносится заряд dq.

Два типа диэлектриков - полярные и неполярные - student2.ru .

Единица силы тока - ампер.

Плотность тока

Два типа диэлектриков - полярные и неполярные - student2.ru   Два типа диэлектриков - полярные и неполярные - student2.ru , dI - сила тока, проходящего через площадку dS1.

Наши рекомендации