9. Энергия заряженного проводника. Плотность энергии электрического поля.

Энергия заряженного проводника — Поверхность проводника является эквипотенциальной. Поэтому потенциалы тех точек, в которых находятся точечные заряды  , одинаковы и равны потенциалу   проводника.

 , где  — энергия заряженного проводника,  — потенциал проводника,  — точечный заряд Плотность энергии электрического поля.

Выразим энергию электрического поля между обкладками конденсатора такой формулой, чтобы в ней не было величин, характеризующих сам конденсатор, и остались бы только величины, характеризующие поле. Понятно, что этого можно достичь только одним способом: вычислить энергию поля, приходящуюся на единицу объёма. Так как напряжение на конденсаторе U = Ed, а его ёмкость   то подстановка этих выражений в формулу (8.5) даёт: Величина Sd представляет собой объём V электрического поля в конденсаторе. Поэтому плотность энергии электрического поля   пропорциональна квадрату его напряжённости.

10. Диэлектрики в электростатическом поле. Механизмы поляризации диэлектриков.

В результате процесса поляризации в объеме (или на поверхности) диэлектрика возникают нескомпенсированные заряды, которые называются поляризационными, или связанными. Частицы, обладающие этими зарядами, входят в состав молекул и под действием внешнего электрического поля смещаются из своих положений равновесия, не покидая молекулы, в состав которой они входят. Связанные заряды характеризуют поверхностной плотностью (σ). Электрический диполь — система двух равных по модулю разноименных точечных зарядов (+q -q), расстояние l между которыми значительно меньше расстояния до рассматриваемых точек поля.

В идеальном диэлектрике свободных зарядов, то есть способных перемещаться на значительные расстояния (превосходящие расстояния между атомами), нет. Но это не значит, что диэлектрик, помещенный в электростатическое поле, не реагирует на него, что в нем ничего не происходит. Любое вещество состоит из атомов, образованных положительными ядрами и отрицательными электронами. Поэтому в диэлектриках происходит поляризация. Смещение электрических зарядов вещества под действием электр. поля называется поляризацией .Способность к поляризации является основным свойством диэл.

Есть и другие виды поляризации. Главное в поляризации – смещение зарядов в электростатическом поле. В результате, каждая молекула или атом образует электрический момент p : Поляризованность определяется как электрический момент единицы объема диэлектрика ,

Диэлектрическая восприимчивость - величина, характеризующая способность диэлектриков к поляризации. Количественно Д. в. — коэффициент пропорциональности χ в соотношении P = χЕ, где Е — напряжённость электрического поля, P — поляризация диэлектрика (дипольный момент единицы объёма диэлектрика). Д. в. характеризует диэлектрические свойства вещества так же, как и Диэлектрическая проницаемость ε, с которой она связана соотношением: ε = 1 + 4πχ.

Величина e = e₀ + c является основной характеристикой диэлектрика и называется абсолютной диэлектрической проницаемостью. Отношение e_r = e/e₀ называют относительной диэлектрической проницаемостью.

Для диэлектриков характерны че­ты­ре ви­да поляризации, по­лу­чи­вшие в зависимости от механизма про­­те­кания процесса на­з­ва­­ние электронной, ионной, дипольной и миграционной по­ля­ри­за­ции.

Электронная поляризация заключается в смещении элек­т­ро­н­ных орбит атомов относительно положительно за­ря­жен­но­го ядра. Она представляет собой упругое смещение и де­фор­­ма­­цию электронных оболочек атомов и ионов (рис. 4.5, а).

Электронная поляризация наблюдается в  атомах  любого ди­э­­лектрика независимо от наличия в нем других видов по­ля­ри­за­ции. По­э­то­му электронная поля­ри­зация проя­в­ля­е­т­ся на всех частотах эле­к­три­че­ского поля, вплоть до опти­чес­ких.

Ионная поляризация на­блюдается в крис­тал­ли­ческих ди­э­ле­к­т­ри­­ках с ионной связью. Она за­клю­ча­ется во вза­и­м­ном сме­ще­­нии ра­­зно­и­ме­нно заряженных ио­нов поляризуемо­го­ ма­те­­­ри­­ала (рис. 4.5, б). Про­­цесс по­ля­­ризации не зависит от ча­сто­ты во­­з­бу­ж­да­­ю­ще­го эле­­ктрического поля вплоть до частот ин­ф­ра­кра­с­­ных ко­­ле­­ба­ний.

Д ипольная поля­ри­за­ция ха­рактерна для по­ля­р­ных ди­­элек­три­­ков. Она от­ли­ча­е­тся от эле­к­т­­рон­ной и ион­ной тем, что ди­по­ль­­ные мо­­ле­ку­лы, на­ходящиеся в ха­­о­ти­­чес­ком тепловом дви­­­­же­­нии, ори­е­н­ти­ру­ют­ся в на­пра­в­ле­нии вне­­ш­­не­го эле­­к­т­ри­­чес­ко­го поля Е (рис. 4.5, в). Ме­ханизм диполь­ной поляризации заметно проявляется лишь в ра­дио­­­диа­па­зоне частот электромагнитного поля.

Миграционная поляризация наблюдается в неоднородных ди­­электриках, содержащих примеси. В таких диэлектриках сво­­­бодные электроны и ионы примеси перемещаются в пре­де­лах некоторого структурного включения, которое становится по­до­б­ным огромной поляризованной молекуле (рис. 4.5, г). Этот вид поляризации наблюдается в по­стоянном эле­к­трическом поле или при весьма низких ча­с­то­тах воз­бу­жда­ю­ще­­го электромагнитного поля.