Диэлектрики. Поляризация диэлектриков. Электрическое смещение. Теорема Гаусса для электростатического поля в диэлектрике.

Диэлектрики – вещества, не проводящие электрический ток.

Электрический диполь – система двух равных по модулю разноименных точечных зарядов +Q и –Q, расстояние между которыми значительно меньше расстояний до рассматриваемых точек поля.

– плечо поля;

– электрический момент поля.

Молекула электрически нейтральна.

неполярные молекулы – молекулы, у которых дипольный момент равен нулю, полярные – не равен нулю.

Дипольный момент диэлектрика как из неполярных, так и из полярных молекул равен нулю.

В диэлектрике с полярными и неполярными молекулами при внесении диэлектрика в электрическое поле возникает результирующий дипольный момент, что называют поляризацией диэлектрика.

Поляризованность диэлектрика:

Под действием внешнего электростатического поля «+» заряды диполей будут смещаться по направлению линий напряженности электрического поля (правая грань диэлектрика), а «-» заряды – в противоположном направлении (левая грань). Эти заряды связанные.

Обозначим напряженность электрического поля связанных зарядов.

Напряженность результирующего поля:

Результирующий дипольный момент диэлектрика:

С другой стороны:

Отсюда:

Тогда

или

Т.к. , то

Электрическое смещение

Т.к. , то

Найдём поток вектора через произвольную замкнутую поверхность:

Поток вектора через произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме заключенных внутри этой поверхности свободных электрических зарядов – теорема Гаусса для потока вектора .

Электростатическое поле в проводниках. Электростатическая индукция.

В помещённом в электростатическое поле проводнике свободные электрические заряды перемещаются: «+» - по направлению поля, «-» - в противоположном направлении. В результате на одном конце проводника возникнет избыточный «+» заряд, а на другом конце – «-». Эти заряды называются индуцированными, а явление перераспределения – электростатическая индукция.

Перераспределение зарядов будет происходить до тех пор, пока напряженность электростатического поля не станет равной нулю. Нейтральный проводник, который внесён в электростатическое поле, разрывает часть линий напряженности.

Внутри проводника, находящегося в электростатическом поле, напряженность поля равна нулю. Этот эффект используется для защиты оборудования от воздействия внешних электростатических полей. Для достижения такой защиты, защищаемый объект экранируют металлической сеткой.

Работа сил электростатического поля при перемещении электрического заряда. Потенциал электростатического поля. Связь между напряженностью электростатического поля и потенциалом.

При перемещении заряда на бесконечно малое расстояние сила совершит такую работу:

При перемещении заряда из положения 1 в положение 2 Кулоновская сила совершает такую работу:

Эта работа не зависит от траектории движения заряда и определяется начальным и конечным положениями.

Обычно считают, что при . В этом случае .

Тогда формула принимает вид

Потенциал электрического поля:

Если заряд перемещается в поле точечного заряда из начальной точки, потенциал которой , в бесконечность, где , то работа Кулоновской силы равна:

В дифференциальной форме:

Т.к.

Получим:

В интегральной форме: