44. Поляризация диэлектриков. Поляризуемость. Вектор электрического смещения. Электрическая проницаемость

Диэлектрик (изолятор) — вещество, плохо проводящее электрический ток. Внесение диэлектриков во внешнее электрическое поле приводит к поляризации диэлектрика. Поляризация - процесс ориентации диполей или

появления под воздействием внешнего электрического поля ориентированных по полю диполей.

Соответственно трем группам диэлектриков различают три вида поляризации:

Электронная, или деформационная, поляризация диэлектрика с неполярными молекулами, при отсутствии поля имеющими симметричное строение (центры «тяжести» положительных и отрицательных зарядов совпадают, т.е. дипольный момент =0). При действии поля заряды смещаются в противоположные стороны (полож. – по полю, отриц. – против поля) и молекула приобретает дипольный момент.

Ориентационная, или дипольная, поляризация диэлектрика с полярными молекулами (ассиметричное строение – центры тяжести не совпадают), заключающаяся в стремлении сил поля повернуть диполи вдоль поля, в результате возникает отличный от нуля результирующий момент.

Ионная поляризация диэлектриков с ионными кристаллическими решетками. Ионные кристаллы представляют собой пространственные решетки с правильным чередованием ионов разных знаков. В этих кристаллах нельзя выделить отдельные молекулы, а рассматривать их можно как систему двух вдвинутых одна в другую ионных подрешеток.

Поляризация заключается в смещении подрешетки положительных ионов вдоль поля, а отрицательных — против поля, приводящем к возникновению дипольных моментов.

??? Поляризуемость — физическое свойство веществ приобретать электрический или магнитный дипольный момент (поляризацию) во внешнем электромагнитном поле. ???

Для количественного описания поляризации диэлектрика пользуются векторной величиной — поляризованностью, определяемой как дипольный момент единицы объема диэлектрика:

Если диэлектрик изотропный и не слишком велико, то эти векторы коллинеарны и можно написать , где  — диэлектрическая восприимчивость вещества, коэффициент, зависящий от вещества диэлектрика.

Внешнее и внутреннее электрические поля векторно складываются, и для описания вводится новый вектор , называемый электрическим смещением , где вектор  задает поле внутри диэлектрика. Если  и  коллинеарны, то связь между вектором смещения и вектором напряженности может быть записана в виде: , где  называется диэлектрической проницаемостью диэлектрика. Для вакуума .

Единица электрического смещения - кулон на метр в квадрате (Кл/м²).

45. Электрический ток. Вектор плотности тока

Электрическим током называется любое упорядоченное (направленное) движение электрических зарядов. В проводнике под действием приложенного электрического поля свободные электрические заряды перемещаются: положительные — по полю, отрицательные — против поля. Количественной мерой электрического тока служит сила тока I — скалярная физическая величина, определяемая электрическим зарядом, проходящим через поперечное сечение проводника в единицу времени:

Если сила тока и его направление не изменяются со временем, то такой ток

называется постоянным. Для постоянного тока , где Q - электрический заряд, проходящий за время t через поперечное сечение проводника. Единица силы тока - ампер (А).

Физическая величина, определяемая силой тока, проходящего через единицу площади поперечного сечения проводника, перпендикулярного направлению тока, называется плотностью тока:

Выразим силу и плотность тока через скорость (v) упорядоченного движения зарядов в проводнике. Если концентрация носителей тока равна п и каждый носитель имеет элементарный заряд е (что не обязательно для ионов), то за время dt через поперечное сечение S проводника переносится заряд dQ = ne(v)Sdt. Сила тока , а плотность тока j=ne(v).

Плотность тока - вектор; направление вектора j совпадает с направлением упорядоченного движения положительных зарядов:

Единица плотности тока — ампер на метр в квадрате (А/м²).