1 КУРС (Лекции по оптике и электричеству и магнетизму) / Lektsia_3_pdf-77762392
.pdf
Вектор электрического смещения.
Крахалев М.Н.
Описание поля в диэлектриках. Теорема Гаусса для вектора электрического смещения.
- электрическое смещение
- поток вектора электрического смещения через замкнутую поверхность равен алгебраической сумме заключенных внутри этой поверхности свободных зарядов (теорема Гаусса для вектора D).
Безразмерная величина e=1+cE называется относительной диэлектрической проницаемостью (диэлектрической проницаемостью) среды.
Вектор электрического смещения.
Крахалев М.Н.
Пример: поле внутри плоской пластины
Вектор электрического смещения.
Крахалев М.Н.
Если однородный диэлектрик полностью заполняет объем, ограниченный эквипотенциальными поверхностями, то вектор электрического смещения совпадает с вектором напряженности поля свободных зарядов, умноженным на e0, и, следовательно, напряженность поля внутри диэлектрика в e раз меньше, чем напряженность поля свободных зарядов.
Граничные условия.
Крахалев М.Н.
Преломление линий напряженности и электрического смещения на границе двух диэлектриков.
При переходе электрического поля через границу раздела двух диэлектрических сред обе векторные характеристики поля скачкообразно изменяются по величине и направлению. Соотношения, характеризующие эти изменения, называются граничными условиями.
Граничные условия.
Крахалев М.Н.
Преломление линий напряженности и электрического смещения на границе двух диэлектриков.
Сегнетоэлектрики.
Крахалев М.Н.
Сегнетоэлектрики – вещества, которые могут обладать спонтанной (самопроизвольной) поляризацией в отсутствие внешнего поля. Области спонтанной поляризации называются доменами.
Сегнетоэлектрики отличаются от остальных диэлектриков рядом характерных особенностей:
1.Большая диэлектрическая проницаемость (может достигать нескольких тысяч).
2.Зависимость D от E не является линейной. Диэлектрическая проницаемость оказывается зависящей от напряженности поля.
3.При изменении поля значения вектора поляризации P (а следовательно и D) отстают от напряженности поля E. P и D определяются не только величиной E в данный момент, но и предшествующими значениями. Это явление называется гистерезисом. При воздействии поля с последующим
его уменьшением до нуля наблюдается остаточная поляризация Pr, которая становится равной нулю при действии противоположно направленного поля напряженности Ec (коэрцитивная сила).
4.Для каждого сегнетоэлектрика имеется температура (температура Кюри), выше которой вещество становиться обычным диэлектриком.
Энергия электрического поля.
Крахалев М.Н.
Энергия взаимодействия электрических зарядов
Энергия взаимодействия – вид энергии, присущей системе взаимодействующих частиц, за счет которой совершается работа при взаимных перемещениях этих частиц.
Энергия взаимодействия зависит от закона взаимодействия между частицами и от их взаимного расположения. Энергия принимается
равной работе, совершаемой силами взаимодействия при разнесении всех частиц системы на бесконечные расстояния друг от друга. Энергия взаимодействия системы зарядов называется электрической энергией этой системы.
Энергия взаимодействия точечных зарядов:
Два заряда: |
Для системы зарядов: |
где φi – полный потенциал в точке расположения заряда qi, создаваемый всеми остальными зарядами системы.
Энергия электрического поля.
Крахалев М.Н.
Энергия взаимодействия зарядов непрерывно распределенных по объему V с объемной плотностью rq:
Энергия взаимодействия зарядов непрерывно распределенных по поверхности S с поверхностной плотностью s:
Энергия взаимодействия зарядов непрерывно распределенных вдоль кривой l с линейной плотностью t:
Электрическая энергия заряженного проводника (j = const.):
Энергия электрического поля.
Крахалев М.Н.
Энергия заряженного конденсатора
Энергия электрического поля.
Крахалев М.Н.
Энергия электрического поля
Рассмотрим плоский конденсатор:
Электрическая энергия конденсатора может быть выражена двумя различными способами. Во первых, она может быть выражена через заряды на обкладках. Во вторых, она может быть выражена через напряженность электрического поля между обкладками (полевая концепция электрической энергии).
называется объемной плотностью Множитель энергии электрического поля и имеет
смысл энергии, заключенной в еденице объема однородного поля.