17. Энергия электрического поля

Электрическое поле — одна из двух компонент электромагнитного поля, представляющая собой векторное поле, существующее вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом, а также возникающее при изменении магнитного поля (например, в электромагнитных волнах). Электрическое поле непосредственно невидимо, но может быть обнаружено благодаря его силовому воздействию на заряженные тела.

Для количественного определения электрического поля вводится силовая характеристика — напряжѐнность электрического поля — векторная физическая величина, равная отношению силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещѐнный в данную точку пространства, к величине этого заряда. Направление вектора напряженности совпадает в каждой точке пространства с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд.

В классической физике, применимой при рассмотрении крупномасштабных (больше размера атома) взаимодействий, электрическое поле рассматривается как одна из составляющих единого электромагнитного поля и проявление электромагнитного взаимодействия. В квантовой электродинамике — это компонент электрослабого взаимодействия.

В классической физике система уравнений Максвелла описывает взаимодействие электрического поля, магнитного поля и воздействие зарядов на эту систему полей.

Основным действием электрического поля является силовое воздействие на неподвижные относительно наблюдателя электрически заряженные тела или частицы. На движущиеся заряды силовое воздействие оказывает и магнитное поле (вторая составляющая силы Лоренца).

Электромагнитная энергия

Электрическое поле обладает энергией. Плотность этой энергии определяется величиной

поля и может быть найдена по формуле

18. Электрическое поле в диэлектриках

В отличие от проводников, в диэлектриках нет свободных зарядов. Все заряды являются связанными: электроны принадлежат своим атомам, а ионы твѐрдых диэлектриков колеблются вблизи узлов кристаллической решѐтки. Соответственно, при помещении диэлектрика в электрическое поле не возникает направленного движения зарядов1 . Поэтому для диэлектриков не проходят наши доказательства свойств проводников — ведь все эти рассуждения опирались на возможность появления тока. И действительно, ни одно из четырѐх свойств проводников, сформулированных в предыдущей статье, не распростаняется на диэлектрики. 1. Напряжѐнность электрического поля внутри диэлектрика может быть не равна нулю. 2. Объѐмная плотность заряда в диэлектрике может быть отличной от нуля. 3. Линии напряжѐнности могут быть не перпендикулярны поверхности диэлектрика. 4.

Различные точки диэлектрика могут иметь

18. Поляризация диэлектриков. Поле внутри диэлектрика

1)Поляризация диэлектриков.

Дипольные моменты молекул в неполярном диэлектрике равны нулю. В полярном диэлектрике полярные молекулы обладают дипольным моментом. Но при отсутствии внешнего электрического поля из-за теплового движения молекул дипольные моменты pi всех молекул ориентированы в пространстве хаотично, поэтому их результирующий электрический момент равен нулю (

Поляризация диэлектрика – процесс ориентации диполей или появления под действием внешнего электрического поля ориентированных по полю диполей.

В зависимости от типа диэлектриков будет различаться вид поляризации.

1. П олярные диэлектрики: ориентационная (дипольная) поляризация заключается в преимущественной ориентации дипольных моментов хаотически движущихся молекул по полю, чему препятствует тепловое движение молекул.

2. Неполярные диэлектрики: электронная (деформационная) поляризация.

В о внешнем электрическом поле электронная орбита деформируется, то есть заряды неполярной молекулы смещаются в противоположные стороны и у молекулы появляется дипольный момент р, который затем поворачивается вдоль напряженности внешнего поля.

Показано, что индуцированный дипольный момент неполярной молекулы , где - поляризуемость молекулы (поле диполя

Наведенный дипольный момент называется

упругим,так как после выключения электрического поля диполь исчезает.

П оскольку молекулы диэлектрика остаются при поляризации нейтральными, средняя плотность связанных зарядов внутри диэлектрика . Можно сказать итак: если поле и диэлектрик однородны, то в объеме диэлектрика происходит компенсация положительных и отрицательных зарядов, и суммарный заряд равен нулю. На поверхности диэлектрика возникают поляризационные (связанные) заряды с поверхностными плотностями – σ´ и + σ´.

Если поле неоднородное, то поляризационные заряды возникают в объеме.

3) Ионные диэлектрики: ионная поляризация заключается в смещении подрешетки положительных ионов по полю, а подрешетки отрицательных ионов – против поля, что приводит к возникновению дипольных моментов