Диэлектрики (изоляторы)

1. Диэлектрики – тела, в которых электрические заряды не могут свободно перемещаться внутри объема тела.

Если диэлектрик поместить во внешнее ЭП, то он приобретает электрический дипольный момент. Это явление называется поляризацией диэлектрика.

Различают три вида поляризации:

а) электронная (в неполярной молекуле, например ₂, происходит небольшое смещение зарядов под действием ЭП, в результате чего молекула приобретает дипольный момент);

б) дипольная или ориентационная (молекулы изначально обладают дипольным моментом, но их векторная сумма равна нулю из-за их беспорядочной ориентации в пространстве); внешнее ЭП ориентирует отдельные дипольные моменты молекул и их сумма не равна нулю;

в) ионная (кристаллическая решетка NaCL представляет собой чередующиеся ионы Na⁺ и Cl^-, т.е. как наложенные две решетки; под действием внешнего ЭП эти ионные решетки сместятся в противоположные стороны, в результате одна грань кристалла будет иметь «+» заряд, а противоположная грань «-» заряд, т.е. кристалл будет представлять диполь).

2. Суммарный электрический дипольный момент диэлектрика называется вектором поляризации .

, где – диэлектрическая восприимчивость диэлектрика, – напряженность ЭП в диэлектрике.

Величина =1+ называется диэлектрической проницаемостью вещества.

Т.о. вектор поляризации или поляризованность диэлектрика .

Вещества, для которых >>1 называются сегнетоэлектриками (при температуре выше точки Кюри сегнетоэлектрик превращается в обычный диэлектрик).

- № 248, 454

3. При переходе из одного диэлектрика в другой векторы и изменяются. Причем их нормальные составляющие (индексы n) и касательные составляющие (индексы ) ведут себя по-разному, а именно:

Электроемкость

1. Пусть уединенному проводнику сообщен заряд q и при этом он приобрел потенциал . Тогда величина называется емкостью проводника. Емкость зависит от формы и размеров проводника, но не зависит от природы проводника.

Для уединенного шара , R – радиус

2. Конденсатор – система двух проводников с одинаковыми по величине и противоположными по знаку зарядами. Емкость конденсатора не зависит от присутствия других проводников. Общая формула для емкости конденсатора .

Для плоского конденсатора , где S - площадь пластины конденсатора, а d - расстояние между ними, для сферического , для цилиндрического , где h - высота, r - радиусы.

3. При параллельном соединении конденсаторов (U одинаковые, q разные) , если конденсаторы одинаковые, то . При последовательном соединении конденсаторов (q одинаковые, U разные) , если конденсаторы одинаковые , n- число.

- № 44, 75, 87, 149, 167, 168, 180, 283, 324

Энергия электрического поля

1. ЭП объемом V обладает энергией , где – напряженность поля. Плотность энергии (энергия на единицу объема ЭП) . Учитывая, что , плотность энергии ЭП можно записать в виде

2. Энергию заряженного конденсатора можно вычислить по одной из формул

Если конденсатор постоянно подключен к источнику (U не изменяется), то удобно пользоваться второй формулой; если конденсатор заряжен, а затем отключен от источника (q не изменяется), то удобно пользоваться третьей формулой.

- № 74, 115, 242, 448