9.2 Диэлектрическая проницаемость среды

Вследствие поляризации на поверхности диэлектрика появляются некомпенсированные заряды, которые называются связанными. Поле E' внутри диэлектрика, создаваемое связанными зарядами направлено против внешнего поля E₀, создаваемого свободными зарядами. Результирующее поле внутри диэлектрика E=E₀-E' В нашем примере поле, создаваемое двумя бесконечно заряженными плоскостями с поверхностной плотностью зарядов σ': E'= σ' /е₀. Поэтому E = E₀- σ' /е₀ Полный дипольный момент диэлектрической пластинки с толщиной dи площадью грани S: p_V =PV = PSd, с другой стороны p_V=qd = σ'Sd. Отсюда σ' = P. Безмерная величина ε= 1 + χ= E₀ / E называется диэлектричексой проницаемостью среды. Она характеризует способность диэлектриков поляризоваться в электрическом поле, показывает во сколько раз поле ослабляется диэлектриком.

9.3 Напряженность и потенциал электрического поля

Электростатическим полем называется поле, создаваемое неподвижными электрическими зарядами. Электростатическое поле описывается двумя величинами: потенциалом (энергетическая скалярная характеристика поля) и напряженностью (силовая векторная характеристика поля). Напряженность электростатического поля – векторная физическая величина, определяемая силой, действующей на единичный положительный заряд q₀ , помещенный в данную точку поля: Единица напряженности электростатического поля – ньютон на кулон (Н/Кл): 1 Н/Кл=1 В/м, где В (вольт) — единица потенциала электростатического поля. Направление вектора E совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд. Если поле создается положительным зарядом, то вектор E направлен вдоль радиуса-вектора от заряда во внешнее пространство (отталкивание пробного положительного заряда). Если поле создается отрицательным rзарядом, то вектор Eнаправлен к заряду (притяжение). Графически электростатическое поле изображают с помощью линий напряженности— линий, касательные к которым в каждой точке совпадают с rнаправлением вектора E Линиям напряженности приписывается направление, совпадающее с направлением вектора напряженности. Так как в данной точке пространства вектор напряженности имеет лишь одно направление, то линии напряженности никогда не пересекаются. Для однородного поля (когда вектор напряженности в любой точке постоянен по модулю и направлению) линии напряженности параллельны вектору напряженности. Если поле создается точечным зарядом, то линии напряженности – радиальные прямые, выходящие из заряда, если он положителен, и входящие в него, если заряд отрицателен.

Потенциальные поля. Работа любого электростатического поля при перемещении заряженного тела из одной точки в другую также не зависит от формы траектории, как и работа однородного поля. На замкнутой траектории работа электростатического поля всегда равна нулю. Поля, обладающие таким свойством, называют потенциальными. Потенциальный характер электростатического поля, как можно показать, вытекает из закона сохранения энергии. Потенциальная энергия заряда в электростатическом поле пропорциональна величине заряда. Это справедливо как для однородного поля, так и для любого другого. Следовательно, отношение потенциальной энергии к заряду не зависит от помещенного в поле заряда. Это позволяет ввести новую количественную характеристику поля–потенциал. Потенциалом электростатического поля называют отношение энергии заряда в поле к величине этого заряда. Иными словами, потенциал представляет собой энергию единичного заряда в поле. Согласно данному определению потенциалφ=П/q.

Напряженность поля Е является вектором и представляет собой характеристику поля: определяет силу, действующую на qв данной точке поля. Потенциал φ – скаляр, это энергетическая характеристика поля: определяет потенциальную энергию заряда qв данной точке поля. Подобно потенциальной энергии, значение потенциала в данной точке зависит от выбора нулевого уровня для отсчета потенциала. Практическое значение имеет не сам потенциал в точке, а изменение потенциала, которое не зависит от выбора нулевого уровня отсчета потенциала. Так как потенциальная энергия П = q φ, то работа

А = – (П₂– П₁) = –q(φ 2– φ 1) = –q φ