2.9. Влияние поляризации на электрическое поле
Д
ипольные
моменты стремятся ориентироваться по
направлению вектора напряженности
внешнего поля
.
Поэтому вектор напряженности поля
,
создаваемого связанными зарядами,
направлен противоположно
и
ослабляет его (рис. 2.8):
.
Таким образом, в результате поляризации
поле в диэлектрике ослабляется. Степень
ослабления поля зависит от свойств
диэлектрика. Напряженность электрического
поля в диэлектрике будет в e раз меньше,
чем в вакууме. Из этого следует, что и
сила взаимодействия между зарядами в
однородном диэлектрике будет меньше,
чем в вакууме. Причем отношение силы
взаимодействия зарядов в вакууме
к
силе взаимодействия этих же зарядов на
том же расстоянии в среде
будет
также равно e, то есть:
И, следовательно, закон Кулона для взаимодействия зарядов в среде принимает следующий вид:
.
Величину
называют
диэлектрической проницаемостью среды.
Диэлектрическая проницаемость среды
– это физическая величина, характеризующая
электрические свойства вещества и
показывающая, во сколько раз сила
взаимодействия зарядов в данной среде
меньше силы их взаимодействия в вакууме.
3. Постоянный электрический ток
3.1. Постоянный электрический ток. Сила тока. Плотность тока
Электрическим током называется направленное движение электрических зарядов. Если в веществе содержатся свободные носители заряда – электроны, ионы, способные перемещаться на значительные расстояния, то при наличии электрического поля они приобретают направленное движение, которое накладывается на их тепловое хаотическое движение. В результате этого свободные носители заряда совершают дрейфовое движение в определенном направлении.
Количественной характеристикой
электрического тока служит величина
заряда, переносимого через рассматриваемую
поверхность в единицу времени. Ее
называют силой тока. Если за время
через
поверхность переносится заряд Dq,
то сила тока равна:
.
Единица силы тока в системе единиц СИ
– Ампер (A),
.
Ток, не изменяющийся со временем,
называется постоянным.
В образовании тока могут участвовать как положительные, так и отрицательные носители; электрическое поле перемещает их в противоположных направлениях. Направление тока принято определять по направлению движения положительных носителей. На самом деле ток в большинстве случаев создается движением электронов, которые, будучи заряжены отрицательно, движутся в направлении, противоположном принятому за направление тока. Если в электрическом поле одновременно движутся положительные и отрицательные носители, то полный ток определяется как сумма токов, образованных носителями каждого знака.
Для количественной характеристики электрического тока используется также другая величина, которая называется плотностью тока. Плотностью тока называется величина, равная заряду, проходящему за единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную направлению движения зарядов. Плотность тока является векторной величиной.
|
Рис. 3.1 |
.
Построим на ней бесконечно короткий
прямой цилиндр с высотой
,
как указано на рис. 3.1. Все частицы,
заключенные внутри этого цилиндра, за
время
пройдут
через площадку
,
перенеся через нее в направлении скорости
электрический
заряд:
.
Таким образом, через единицу площади
за единицу времени переносится
электрический заряд
.
Введем вектор
,
совпадающий по направлению с вектором
скорости
.
Получившийся вектор
и
будет плотностью электрического тока.
Так как
есть
объёмная плотность заряда, то плотность
тока будет равна
.
Если носителями тока являются и
положительные, и отрицательные заряды,
то плотность тока определится формулой:
,
где
и
–
объемные плотности положительных и
отрицательных зарядов,
и
–
скорости их упорядоченного движения.
Поле вектора можно изобразить с помощью линий тока, которые строятся так же, как и линии вектора напряжённости, то есть вектор плотности тока в каждой точке проводника направлен по касательной к линии тока.