Kol_Fizika_3_semmestr / Кол. Физика 3 семместр / 17 билет / Bilet_17

Билет 17.

Теория 1.

ДИЭЛЕКТРИКИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ.

3.1. Введение.

Диэлектрики(изоляторы) – вещества, практически не проводящие электрический ток.

Известно, что все вещества состоят из атомов и молекул, в том числе и диэлектрики. Молекула в диэлектрике эквивалентна диполю. Положительный заряд этого диполя равен суммарному заряду ядер и помещается в “центре тяжести” положительных зарядов. Отрицательный заряд равен суммарному заряду электронов и помещается в “центре тяжести” отрицательных зарядов.

У симметричных молекул () в отсутствии внешнего электрического поля “центры тяжести” положительных и отрицательных зарядов совпадают. Такие молекулы не обладают собственным дипольным моментом и называются неполярными.

У несимметричных молекул () “центры тяжести” зарядов разных знаков сдвинуты друг относительно друга. В этом случае молекулы обладают собственным дипольным моментом и называются полярными.

Под действием внешнего электрического поля заряды в неполярной молекуле смещаются друг относительно друга: положительные – по направлению поля, отрицательные – против поля. В результате этого молекула приобретает дипольный момент, величина которого, как показывает опыт, пропорциональна напряженности поля.

где - электрическая постоянная

- поляризуемость молекулы

Эта формула применима, если внешнее поле не слишком сильное

3.2. Поляризация диэлектриков.

В отсутствии внешнего поля дипольные моменты молекул диэлектрика либо равны нулю(неполярные молекулы), либо хаотически распределены по направлениям в пространстве(полярные молекулы). В обоих случаях суммарный дипольный момент диэлектрика равен нулю.

Под действием внешнего поля диэлектрики поляризуются. Результирующий дипольный момент диэлектрика становится отличным от нуля.

Поляризованность (вектор поляризации) - дипольный момент единицы объёма вещества:

Размерность (Кл/м²).

У изотропных диэлектриков поляризованность связана с напряженностью поля в той же точке простым соотношением:

где - диэлектрическая восприимчивость вещества.

Теория 2.

4.3. Электроёмкость уединённого проводника.

Пусть имеется уединённый проводник(удалённый от других тел).

Рис. 38.

Из формулы по принципу суперпозиции потенциал должен быть прямо пропорционален заряду, поскольку

в подынтегральном выражении прямо пропорциональна заряду.

Далее, потенциал зависит от размеров и длины проводника, которые учитываются его ёмкостью.

Ёмкость проводника – отношение заряда уединенного проводника к его потенциалу

В СИ: 1Ф = 1Кл/В. В СГСЭ: емкость[см]. 1Ф=см

4.5. Соединение конденсаторов.

При последовательном соединении складываются разности потенциалов, а при параллельном заряды на обкладках.

1. 2)

Рис. 40. 1)последовательное 2) параллельное

1)При последовательном соединении: ; ; ; ;

Модули зарядов на всех обкладках равны

2)При параллельном соединении: ; ; ; ; ;

Задача .

Три разноименных точечных заряда расположены в вершинах квадрата с диагональю  , где точка  - центр квадрата,  – прямой угол, образованный двумя проводящими полуплоскостями. Найти силу, действующую на заряд , если  .

 

Дано:
- ?

 

Решение:

Действие зарядов, индуцированных на проводящих полуплоскостях, эквивалентно действию фиктивного точечного заряда , помещенного в нижний левый угол пунктирного квадрата. Таким образом, наша система сводится к 4-м точечным зарядам.