ВІКІСТОРІНКА
Навигация:
Інформатика
Історія
Автоматизація
Адміністрування
Антропологія
Архітектура
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Військова наука
Виробництво
Географія
Геологія
Господарство
Демографія
Екологія
Економіка
Електроніка
Енергетика
Журналістика
Кінематографія
Комп'ютеризація
Креслення
Кулінарія
Культура
Культура
Лінгвістика
Література
Лексикологія
Логіка
Маркетинг
Математика
Медицина
Менеджмент
Металургія
Метрологія
Мистецтво
Музика
Наукознавство
Освіта
Охорона Праці
Підприємництво
Педагогіка
Поліграфія
Право
Приладобудування
Програмування
Психологія
Радіозв'язок
Релігія
Риторика
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Статистика
Технології
Торгівля
Транспорт
Фізіологія
Фізика
Філософія
Фінанси
Фармакологія


Діелектрики. Вектор поляризації.

Діелектриками називають тіла, в яких не може протікати постійний електричний струм. Ця характерна ознака діелектриків зумовлена відсутністю в них вільних елементарних заряджених частинок ( електронів, іонів і т. д.), які могли б у діелектрику зміщуватися на макроскопічні віддалі і тим створювати постійний струм .

Діелектрики складаються або з нейтральних молекул (всі газоподібні або рідкі діелектрики), або з іонів, розміщених у певних положеннях рівноваги , наприклад, у вузлах кристалічної решітки. Отже, діелектрики є електронейтральною системою зарядів.

Під впливом зовнішнього електричного поля окремі заряди, з яких складаються діелектрики, можуть дещо зміщуватися. Це явище називається поляризацією діелектрика. Під дією зовнішнього електричного поля заряди ,які входять до складу діелектрика не зриваються полем із своїх місць, а лише трохи зміщуються з положень рівноваги в деякі нові положення рівноваги. Рівнодійна електричних сил, які діють на нейтральну молекулу в однорідному (Е=const) електричному полі, очевидно дорівнює нулю;тому центр ваги молекули діелектрика в однорідному полі залишається нерухомим. Однак, електричні частки протилежних знаків, які входять до складу молекул діелектрика, повинні під дією поля зміщуватися в протилежні сторони – молекула деформується . Тому, щоб визначити дію поля на діелектрик, необхідно перш за все знайти зручну кількісну характеристику розподілу зарядів в нейтральній молекулі.

Такою характеристикою довільної, в цілому нейтральної, системи зарядів може служити вектор електричного моменту цієї системи P, який визначається рівністю:

 

P= Σ qi ri (1)

де сумування поширено на всі елементарні заряди (електрони і ядра), які входять до складу системи ,а rі - радіус-вектор ,проведений до заряду qі з деякої довільної початкової точки О.При цьому передбачається , що система зарядів електронейтральна , тобто, що

 

Σqі=0 (2)

бо лише при цій умові значення вектора P однозначно визначається розподілом зарядів і не залежить від вибору початкової точки О.

У випадку, якщо система складається з двох рівних і протилежних зарядів ±q, радіус-вектори яких дорівнюють r+ і r-- і момент системи очевидно дорівнює:

 

,

де l = (R+-R-) є вектор, проведений від негативного заряду до позитивного. Таким чином, діелектрик поляризується ,тобто, набуває дипольного моменту.

Електричним моментом можна характеризувати не лише електричний стан макроскопічного об’єму діелектрика, який складається з багатьох молекул.

 

Полярні діелектрики.

Поляризацією діелектрикаP називається електричний момент одиниці об’єму діелектрика:

(3)

де сумування поширено по всіх зарядах (електронах і атомних ядрах),які знаходяться в одиниці об’єму діелектрика.

Якщо діелектрик складається з нейтральних молекул, то це сумування може бути виконане у два заходи : спочатку сумування по зарядах , які входять до складу окремих молекул діелектрика, що дає момент p кожної молекули, а по тому сумування по всіх молекулах, які знаходяться в одиниці об’єму. Таким чином, формулу (3) можна записати і так:

P=∑ pi (4)

 

Іншими словами, поляризація діелектрика дорівнює векторній сумі електричних моментів молекул, які знаходяться в одиниці об’єму діелектрика.

За відсутності зовнішніх полів поляризація Р діелектрика дорівнює нулю: електричні моменти окремих молекул при відсутності зовнішнього поля, якщо і відмінні від нуля, то орієнтовані цілком безладно і в сумі (в результаті) дають нуль. При наявності ж електричного поля поляризація діелектрика, як показує досвід, пропорційна напруженості поля E:

P = εαE (5)

Коефіцієнт α характеризує собою властивості даного діелектрика і називається коефіцієнтом діелектричної сприйнятливості.

У випадку однорідного ізотропного діелектрика α-скаляр; у випадку анізотропних діелектриків— тензор. Тому маємо: Pi = ΣαijEj

 

(6)

 

(7)

αik - тензор 2-го рангу.

Замість вектора поляризації P зручно ввести вектор D ,який визначається формулою:

(8)

 

Вектор D у різних авторів має різні назви: електричне зміщення, електрична поляризація, електрична індукція і т.д. Ми будемо користуватися останнім терміном.

Вектор електричної індукції, по суті , являє собою суму двох цілком різних фізичних величин: напруженості поля E і поляризації одиниці об’єму середовища. Але все ж таки введення в розгляд цього вектора надзвичайно спрощує вивчення поля в діелектриках.

Як випливає з формули (8), індукція D пропорційна напруженості E; коефіцієнт пропорційності між ними називається діелектричною постійною діелектрика або діелектричною проникливістю.

Використовуючи означення вектора D (формула (8)) можна записати одне з основних рівнянь електричного поля .

 

або

(9)

Додаток

Під напруженістю поля в діелектрику розуміють значення E , яке отримується усередненням істинного поля по фізично нескінченно малому об’єму . Істинне (мікроскопічне) поле в діелектрику сильно змінюється в межах міжмолекулярних віддалей. Однак, при розгляді дії поля на макроскопічні тіла ці зміни не будуть проявлятися і дія поля на тіло визначається усередненим (макроскопічним) значенням E .

Оскільки, Dn1 дорівнює числу ліній зміщення ,які перетинаються одиницю поверхні поділу в діелектрику 1 ,а Dn2- числу ліній зміщення для тієї ж площадки в діелектрику 2, тобто, лінії електричного зміщення (електричної індукції) не терплять розриву на межі поділу діелектриків. На межі поділу діелектриків можуть виникнути зв’язані поверхневі електричні заряди, і частина ліній напруженості буде на них закінчуватися або з них починатися. Таким чином, лінії напруженості не прийдуть неперервно границю поділу діелектриків.

Тому для опису електричного поля в неоднорідних діелектриках значно зручніше користуватися електричним зміщенням (електричною індукцією) D замість напруженості електричного поля E і в цьому полягає основний зміст введення електричного зміщення .

 

© 2013 wikipage.com.ua - Дякуємо за посилання на wikipage.com.ua | Контакти