1 КУРС (Лекции по оптике и электричеству и магнетизму) / Lektsia_3_pdf-77762392
.pdfКрахалев М.Н.
Лекция №3
Диэлектрики в электрическом поле. Энергия электрического поля
Крахалев Михаил Николаевич
Крахалев М.Н.
План лекции №3
ØДиполь в электрическом поле. Связанные заряды.
ØПоляризация диэлектриков.
ØВектор электрического смещения. Теорема Гаусса для поля в диэлектрике.
ØПреломление силовых линий на границе диэлектриков. Граничные условия.
ØСегнетоэлектрики.
ØЭнергия электрического поля. Плотность энергии.
Связанные заряды.
Крахалев М.Н.
Связанные заряды – заряды с ограниченным смещением под действием внешнего электрического поля. Процесс смещения связанных зарядов под действием внешнего электрического поля есть диэлектрическая поляризация. Вещества у которых преобладают процессы ограниченного смещения называются
диэлектрики.
Примером связанных зарядов могут служить мультиполи (в частности диполь).
Диполь в электрическом поле.
Крахалев М.Н.
Диполь в однородном электрическом поле
На диполь со стороны однородного электростатического поля действует момент сил, стремящихся установить момент p по полю.
Наименьшее значение потенциальной энергии диполя, равное -pE получается при ориентации диполя по полю, наибольшее, равное pE, при p ориентированном по направлению противоположному полю.
Поляризация диэлектриков.
Крахалев М.Н.
Рассмотрим диэлектрик, состоящий из полярных (дипольных) молекул.
Поляризация диэлектриков.
Крахалев М.Н.
Рассмотрим диэлектрик, состоящий из полярных (дипольных) молекул.
Величина P называется вектором поляризации в точке. Физический смысл вектора поляризации состоит в том, что его модуль определяет степень поляризованности диэлектрика в окресности точки, а его направление совпадает с направлением поляризации.
Визотропных диэлектриках вектор поляризации связан
снапряженностью электрического поля в той же точке
формулой:
Безразмерная, независящая от E величина cE (хи) называется
диэлектрической восприимчивостью диэлектрика.
Поляризация диэлектриков.
Крахалев М.Н.
Однородная и неоднородная поляризации. Поверхностный и объемный связанные заряды.
Поляризация однородна, т.е. вектор P |
Поляризация не однородна. |
|
одинаков во всех точках диэлектрика. |
||
|
На границах диэлектрика возникают нескомпенсированные индукционные заряды,
называемые связанные поверхностные заряды.
Поляризованный диэлектрик в целом нейтрален, как и не поляризованный.
Поляризация диэлектриков.
Крахалев М.Н.
Механизмы поляризации.
I. Ориентация полярных молекул электрическим полем.
II. Диэлектрик состоит из неполярных молекул или атомов, т.е.
центр тяжести электронных облаков и ядер совпадают. Под действием приложенного электрического поля происходит смещение центра тяжести электронного облака относительно ядра. Молекулы (атомы) становятся электрическими диполями, ориентированными по полю.
III. Диэлектрик представляет собой кристалл, построенный из ионов противоположного знака. Под действием приложенного электрического поля происходит смещение положительной подрешетки в одну, а отрицательной в противоположную стороны.
Поляризация диэлектриков.
Крахалев М.Н.
Связь вектора поляризации с поверхностной плотностью связанных зарядов
В любой точке поверхности поляризованного диэлектрика
поверхностная плотность связанных зарядов равна нормальной составляющей вектора поляризации в этой точке.
Если 0≤a<p/2, то s’>0. Если p/2<a≤p, то s’<0. Если a=p/2, то s’=0
Вектор электрического смещения.
Крахалев М.Н.
Описание поля в диэлектриках.
Для малого объема V диэлектрика в окрестности точки,
ограниченного поверхностью S: