Фізична природа

Діелектрична поляризація зумовлена зсувом зв'язаних зарядів у зовнішньому електричному полі. Якщо виділити який небудь об'єм у діелектрику, то при прикладанні поля на його поверхні виникатимуть поверхневі електричні заряди  . Такі заряди можуть виникнути або завдяки зсуву електронної оболонки відносно ядра атома, або ж в результаті переорієнтації молекул, які мають власний дипольний момент. Нормальну до поверхні складову вектора поляризації визначають, як

де   - орт нормалі до поверхні.

Можна ввести вектор електричної індукції  , який зручний при описі електричного поля у суцільному середовищі:

Зв'язок з електричним полем

Здебільшого зв'язок між вектором поляризації та електричним полем, яке зумовило поляризацію, лінійний і задається тензором поляризовності.

.

Певні речовини можуть бути поляризованими при відсутності електричного поля. До таких речовин належать піроелектрики - кристалічні речовини із спонтанною поляризацією й електрети - аморфні речовини, в яких наведена полем поляризація може зберігатися впродовж тривалого часу.

У випадку змінного електричного поля середовище може реагувати на зміну поля із запізеннням. В такому випадку вектор поляризації в цей час залежатиме від напруженості прикладеного електричного поля в попередні моменти часу. В таких випадках говорять про часову дисперсію й записують співвідношення між вектором поляризації й електромагнітним полем у вигляді

.

Фур'є образи вектора поляризації і напруженості електричного поля в такому випадку зв'язані лінійним співвідношенням:  ,

де

.

Якщо електромагнітне поле неоднорідне в просторі, як, наприклад, у випадку розповсюдження електромагнітних хвиль, і взаємодіє із збудженнями в речовині, які маютьдовжину хвилі порядка довжини електромагнітної хвилі, то значення поляризації в певній точці простору може залежати від значення напруженості електричного поля в сусідніх точках простору. В таких випадках говорять про просторову дисперсію.

.

В сильних електричних полях зв'язок між поляризацією й електричним полем може відрізнятися від лінійного. Явища, які при цьому виникають вивчаються, наприклад, унелінійній оптиці.

3. Діелектрична сприйнятливість — фізична величина, що характеризує властивість речовини поляризуватись, тобто змінювати свою поляризацію   під дією електричного поля

Для анізотропного середовища   — тензор. Діелектрична сприйнятливість повязана з діелетричною проникністю:

Тому діелектрична проникність володіє тими ж властивостями (залежність від різних параметрів середовища і зовнішніх умов), що і діелектрична проникність. В системі СІ діелектрична сприйнятливість — безрозмірна величина. У діелектриків вона як правило додатня, для вакууму 

25

1. Поняття електроємності.

Здатність тіл накопичувати електричний заряд називається електроємністю, а кількісною мірою є величина, яку теж називають електроємністю.

Заряд провідника змінюється прямо пропорційно потенціалу провідника. Відношення заряду провідника до його потенціалу не залежить від від значення заряду і визначається розмірами і формою провідника й електричними властивостями навколишнього середовища.

Отже: електроємністю провідника називають величину, яка вимірюється відношенням заряду провідника q до його потенціалу :

.

Електроємність не залежить ні від заряду провідника, ні від його потенціалу.

Одиниці електроємності. Одиницею електроємності в СІ є:

.

На честь англійського фізика М. Фарадея одиниця названа фарадом.

1 фарад — ємність провідника, у якого зміна заряду на 1 Кл викликає зміну потенціалу на 1 В.

Через те що заряд у 1 Кл дуже великий, ємність 1 Ф дуже велика. Тому на практиці часто використовують частинки цієї одиниці:

1мкФ = 10^-6 Ф; 1пФ = 10-¹² Ф.

2. Конденсатори. Пристрої які здатні нагромаджувати великі заряди, називають конденсаторами.

Найпростіший конденсатор складається з двох провідників (обкладок), розділених ізолятором (діелектриком). Щоб на ємність конденсатора не впливали навколишні тіла, провідникам надають такої форми, щоб поле, створюване нагромаджуваними зарядами, було зосереджене у вузькому зазорі між обкладками конденсатора. Залежно від форм обкладок конденсатори поділяють на плоскі, циліндричні і сферичні.

Під електричною ємністю конденсатора розуміють фізичну величину, яка дорівнює відношенню заряду q, накопиченого в конденсаторі, до різниці потенціалів   між його обкладками:

Ємність плоского конденсатора має залежати від площі його пластин і відстані між ними. Для вивчення вивчення цієї залежності можна скористатися розсувними конденсаторами.

Досліди показують, що із віддаленням однієї пластини від другої різниця потенціалів між ними збільшується, а це вказує на зменшення ємності конденсатора. Значить, електроємність конденсатора змінюється обернено пропорційно відстані між пластинами.

Змінюючи пластини конденсатора так, щоб пластини, які знаходяться одна проти одної, змінювались, а відстань між ними ні, можна встановити, що електроємність конденсатора прямо пропорційна його робочі площі.

На дослідах можна переконатися, що ємність конденсатора не залежить від матеріалу, товщини його пластин, а залежить від діелектрика, який знаходиться між ними.

Таким чином, електроємність плоского конденсатора прямо пропорційна робочі площі пластин і відносній діелектричні проникності діелектрика й обернено пропорційна відстані між пластинами:

де S-площа однієї з двох однакових пластин; d-відстань між пластинами; k-коефіцієнт пропорційності.

В системі СІ k=1, тому

26

Електричне поле — одна зі складових електромагнітного поля, що існує навколо тіл або частинок, що мають електричний заряд, а також у вільному вигляді при зміні магнітного поля (наприклад, велектромагнітних хвилях). Електричне поле може спостерігатися завдяки силовому впливу на заряджені тіла.

Кількісними характеристиками електричного поля є вектор напруженості електричного поля   йвектор електричної індукції  .

У випадку, коли електричне поле не змінюється з часом, його називають електростатичним полем.

Розділ фізики, який вивчає розподіл статичного електричного поля в просторі, називаєтьсяелектростатикою.