- •Конспект лекций.
- •1.1.2.Закон кулона
- •1.1.3.Электрическое поле. Напряженность
- •1.1.4.Принцип суперпозиции электрических полей
- •1.1.5. Примеры расчета полей на основе
- •Лекция 3
- •1.1.6. Густота линий напряженности. Поток вектора напряженности
- •1.1.7. Теорема гаусса
- •1.1.8.Применение теоремы гаусса к расчету полей
- •1.1.9.Потенциальный характер электростатического поля.Работа сил поля при перемещении зарядов. Циркуляция и ротор вектора напряженности
- •1.1.10.Потенциал. Потенциальная энергия заряда в электростатическом поле
- •1.1.11.Связь между напряженностью и потенциалом
- •1.1.12. Уравнение пуассона
- •1.1.13. Эквипотенциальные поверхности
- •Лекция 5
- •1.2. Электрическое поле в диэлектриках
- •1.2.1.Полярные и неполярные молекулы
- •1.2.2. Диполь в однородном и неоднородном электрических полях
- •1.2.3Поляризация диэлектриков
- •1.2.4. Поле внутри диэлектрика. Свободные и связанные заряды
- •1.2.5. Вектор электрического смещения
- •1.2.8.Условия на границе двух диэлектриков
- •1.2.7. Примеры расчета электрических полей в диэлектриках
- •1.3.Проводники в электрическом поле
- •1.3.1.Распределение зарядов на проводнике
- •1.3.2.Проводник во внешнем электрическом поле
- •1.3.3.Электроемкость уединенного проводника
- •1.3.4. Взаимная электроемкость. Конденсаторы
- •1.3.5. Соединения конденсаторов
- •1.4.Энергия электрического поля
- •1.4.1.Энергия заряженного проводника
- •1.4.2.Энергия заряженного конденсатора
- •1.4.3.Энергия поляризованного диэлектрика
- •1.4.4. Закон сохранения энергии для электрического поля в несегнетоэлектрической среде
1.1.13. Эквипотенциальные поверхности
Воображаемая поверхность, все точки которой имеют одинаковый потенциал, называется эквипотенциальной поверхностью:
- уравнение эквипотенциальной поверхности.
При перемещении по эквипотенциальной поверхности на отрезок потенциал не изменяется. Таким образом, касательная к поверхности составляющая вектораравна нулю. Тогда векторнаправлен по нормали к эквипотенциальной поверхности в каждой ее точке, а линии напряженности в каждой точке перпендикулярны к эквипотенциальным поверхностям.
Если эквипотенциальные поверхности построить таким образом, чтобы разность потенциалов для двух соседних поверхностей была одна и та же, то по густоте эквипотенциальных поверхностей можно судить о напряженности поля. Действительно, чем гуще эквипотенциальные поверхности, тем больше, тем больше.
Для однородного поля эквипотенциальные поверхности представляют собой систему равноотстоящих друг от друга плоскостей, перпендикулярных к направлению поля.
Рассмотрим эквипотенциальную поверхность точечного заряда. Потенциал точечного заряда (рис.1.1.19)
.
Таким образом, эквипотенциальная поверхность этого заряда будет сферой радиуса с центром в точке заряда. Силовые же линии, как мы установили ранее, расходятся радиально от заряда если он, или сходятся к заряду, если он “-”. То есть векторперпендикулярен эквипотенциальным поверхностям.
Лекция 5
1.2. Электрическое поле в диэлектриках
1.2.1.Полярные и неполярные молекулы
Если диэлектрик внести в электрическое поле, то и поле, и диэлектрик претерпевают изменения. В составе атомов и молекул имеются положительные и отрицательные заряды (ядра, электроны). Электроны движутся в пределах атома или молекулы с огромной скоростью, их положения меняются, и действие каждого электрона на заряды будет таким, как если бы он находился в покое в некоторой точке, которая является усредненным положением электронов во времени.
Если расстояния превышают размеры молекулы, то действие всех электронов молекулы эквивалентно действию суммарного заряда, помещенного в некоторую точку внутри молекулы. Эта точка называется центром тяжести отрицательных зарядов, Действие же ядер эквивалентно действию их суммарного заряда, помещенного в центр тяжести положительных зарядов. Ясно, что центр положительных зарядов определяется радиус-вектором:
,
где- радиус-вектор точки, в которой появляется-ый положительный заряд- суммарный положительный заряд молекулы.
Радиус-вектор центра тяжести отрицательных зарядов равен:
.
Ясно, что суммарный положительный заряд молекулы равен суммарному отрицательному заряду, взятому с обратным знаком.
В отсутствие внешнего электрического поля центры положительных и отрицательных зарядов могут совпадать (молекула неполярна), либо не совпадать (молекула полярна, эквивалентна электрическому диполю). Полярная молекула обладает собственным электрическим моментом.
.
Если для положительных и отрицательных зарядов применить единую нумерацию, то
. (1.2.1)
Если система зарядов в целом нейтральна, то выражение (1.2.1) не зависит от выбора точки, относительно которой берутся радиус-векторы. Неполярные молекулы собственным электрическим моментом не обладают. Под действием внешнего электрического поля заряды в неполярной молекуле смещаются друг относительно друга: положительные по направлению поля, отрицательные - против поля. В результате молекула приобретает электрический момент, пропорциональный напряженности поля:
где - поляризуемость молекулы.
Явление, заключающееся в возникновении в каждом объеме диэлектрика макроскопического электрического дипольного момента, называется поляризацией.
Процесс поляризации неполярной молекулы можно объяснить, если представить, что положительные и отрицательные заряды молекулы связаны друг другом силами, пропорциональными их смещению, то есть неполярная: молекула ведет себя как упругий диполь.
Действие внешнего поля на полярную молекулу сводится к стремлению повернуть молекулу так, чтобы ее электрический момент установился по направлению поля. На величину же электрического момента внешнее поле практически не влияет, то есть молекула ведет себя как жесткий диполь.