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).

Основной задачей электростатики называют задачу нахождения электростатического поля (т.е. напряжённости и потенциала) по заданному распределению зарядов.

Рассмотрим систему распределённых с

плотностью p(r’) зарядов, занимающих

некоторый объём пространства V_и и

диэлектрик с объёмом V_c.

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):

Основная задача электростатики для поля в диэлектрике.

Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 546; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!