Диэлектрики и вектор поляризации.
Диэлектрики.
Диэлектриком является любое вещество, не имеющее собственных свободных носителей тока.
Диэлектрические материалы могут быть твёрдыми, жидкими или газообразными. Твёрдые диэлектрики, например, фарфор, стекло и пластмассы, обычно используются в электротехнике, как очень хорошие изоляторы.
Воздух и гексафторид серы (SF6) – два наиболее известных газообразных диэлектрика.
С точки зрения электростатики, диэлектрики делятся на две большие группы – полярные(гидрофильные) и неполярные(гидрофобные) диэлектрики.
Наиболее известным полярным диэлектриком является вода, примерами неполярного диэлектрика являются многие газы, например кислород и парафин.
Вектор поляризации.
Полярные диэлектрики – это диэлектрические материалы, молекулы которых имеют собственный дипольный момент.
Неполярные диэлектрики – это диэлектрические материалы, молекулы которых не имеют собственного дипольного момента.
Во внешнем электростатическом поле диэлектрик поляризуется:
- в полярном диэлектрике дипольные моменты молекул выстраиваются вдоль силовых линий поля.
- в неполярном диэлектрике молекулы поляризуются – вытягиваются вдоль силовых линий поля, образуя диполи.
В результате, на поверхности диэлектрика появляется электрический заряд.
Для количественного описания степени поляризации диэлектрика, вводят вектор поляризации – вектор, характеризующий дипольный момент диэлектрика в каждой точке внутри диэлектрика.
|
|
Полярный диэлектрик Неполярный диэлектрик
Основная задача электростатики для поля в диэлектрике (истинные и связанные заряды).
|
Рассмотрим систему распределённых с
плотностью p(r’) зарядов, занимающих
некоторый объём пространства Vи и
диэлектрик с объёмом Vc.
Потенциал электростатического поля,
создаваемого в точке пространства А
распределёнными зарядами, равен:
Поле, создаваемое зарядами, поляризует
диэлектрик – в результате, каждый
элементарный дипольный момент dp диэлектрика, тоже создаёт электростатическое поле
Индексы и и с, введенные нами, обозначают, соответственно, заряды истинные и связанные(т.е. наведённые в диэлектрике внешним полем – эти заряды не могут свободно двигаться).
Прежде всего, запишем выражение для поля элементарного диполя через вектор поляризации:
Проинтегрируем это выражение по всему пространству:
Первый интеграл преобразуем по теореме Остроградского к интегралу по замкнутой поверхности S, охватывающей объём V:
|
|
|
Последний интеграл описывает поток вектора P |r-r’| через замкнутую поверхность, охватывающую всё пространство – т.е. поток за бесконечность, который, по физическим соображениям обязан быть равен нулю.
По объёму диэлектрика Vc, получим поле, создаваемое всем объёмом диэлектрика
|
Формула описывает потенциал
электростатического поля связанных
зарядов – зарядов, возникающих за
счёт поляризации диэлектрика.
Соответственно, величину
называют
плотностью связанных зарядов.
По принципу суперпозиции результирующее электростатическое поле, создаваемое системой истинных и связанных зарядов, в точке А равно (здесь интегрирование по всему пространству):
|
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 546; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!