Тема 2. Проводники в электростатическом поле.

31. Поверхностная плотность зарядов.

Поверхностная плотность зарядовесть отношение заряда к площади заряжённой поверхности

Плотность зарядов- кол-во зарядов, приходящееся на единицу длины площади или объема. Измеряется в Кл/м².

32. Граничные условия на границе «проводник-вакуум».

По теореме Гаусса , где s - локальная поверхностная плотность заряда проводника; Е_n- проекция вектора напряженности на нормаль; DS - площадь основания цилиндра. Из последних равенств получаем, что нормальная составляющая напряженности электрического поля на границе проводник-вакуум

33. Электростатическое поле в полости. Электростатическая защита.

Электростатическое поле в полости: если полость пуста, то поля в ней быть не может, какова бы ни была форма проводника или полости

Электростатическая защита— помещение приборов, чувствительных к электрическому полю, внутрь замкнутой проводящей оболочки для экранирования от внешнего электрического поля.

Это явление связано с тем, что на поверхности проводника (заряженного или незаряженного), помещённого во внешнее электрическое поле, заряды перераспределяются так, что создаваемое ими внутри проводника поле полностью компенсирует внешнее.

34. Электрическая емкость уединенного проводника. Единица измерения электрической емкости.

Величину называютэлектроемкостьюуединенного проводника. Емкость уединенного проводника определяется зарядом, сообщение которого проводнику изменяет его потенциал на единицу.

Емкость проводника зависит от его размеров и формы, но не зависит от материала, агрегатного состояния, формы и размеров полостей внутри проводника. Это связано с тем, что избыточные заряды распределяются на внешней поверхности проводника. Емкость не зависит также ни от заряда проводника, ни от его потенциала.

Единица электроемкости— фарад (Ф): 1 Ф — емкость такого уединенного проводника, потенциал которого изменяется на 1 В при сообщении ему заряда 1 Кл.

35. Электрическая емкость шара и плоского конденсатора.

Электрическая емкость шара: ёмкость шара определяется выражением ёмкости сферического конденсаторапри

Используя формулу, получим, что емкость шара равна

Ёмкость плоского конденсатора находиться по формуле:

Чем больше ёмкость конденсатора тем больший заряд он будет иметь при неизменном напряжении между обкладками.

36. Электрическая емкость конденсаторов при параллельном и последовательном соединении.

Полная электрическая емкость конденсаторов при параллельном соединении равна сумме емкостей отдельных конденсаторов.

Таким образом, при последовательном соединении конденсатороврезультирующая емкость С всегда меньше наименьшей емкости, используемой в батарее.

Тема 3. Поляризации диэлектриков.

37. Типы диэлектриков (полярные, неполярные, ионные) и их отличительные особенности.

Неполярные диэлектрики (нейтральные) — состоят из неполярных молекул, у которых центры тяжести положительного и отрицательного зарядов совпадают. Следовательно неполярные молекулы не обладают электрическим моментом и их электрический момент p = q • l = 0. Примером являются углеводороды, нефтяные электроизоляционные масла, полиэтилен, полистирол и др.

Полярные диэлектрики (дипольные) — состоят из полярных молекул, обладающих электрическим моментом. В таких молекулах из-за их асимметричного строения центры масс положительных и отрицательных зарядов не совпадают. К полярным диэлектрикам относятся феноло-формальдегидные и эпоксидные смолы, кремнийорганические соединения, хлорированные углеводороды и др.

Ионные соединения представляют собой твердые неорганические диэлектрики с ионным типом химической связи. Для этой группы соединений характерны, кроме электронной, ионная и электронно-релаксационная поляризации.

38. Виды поляризации диэлектриков. Поляризованность диэлектрика. Диэлектрическая восприимчивость диэлектрика.

Поляризация диэлектриков - явление, связанное с ограниченным смещением связанных зарядов в диэлектрике или поворотом электрических диполей, обычно под воздействием внешнего электрического поля, иногда под действием других внешних сил или спонтанно.

Виды поляризации диэлектриков:

1. Электронная — смещение электронных оболочек атомов под действием внешнего электрического поля. Самая быстрая поляризация (до 10−15 с). Не связана с потерями.

2. Ионная — смещение узлов кристаллической структуры под действием внешнего электрического поля, причем смещение на величину, меньшую, чем величина постоянной решетки. Время протекания 10−13 с, без потерь.

3. Дипольная (Ориентационная) — протекает с потерями на преодоление сил связи и внутреннего трения. Связана с ориентацией диполей во внешнем электрическом поле.

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

, где Х-диэлектронная восприимчивость вещества.

Диэлектронная восприимчивость вещества - физическая величина, мера способности вещества поляризоваться под действием электрического поля.

39. Напряженность ноля в диэлектрике. Диэлектрическая проницаемость среды. Электрическое смещение.

, где Е0 – коэффициент диэлектрической проницаемости среды: показывает во сколько внешнее электрическое поле ослабляется внутри диэлектрика.

Напряженность электростатического поля зависит от свойств среды: в однородной изотропной среде напряженность поля Е обратно пропорциональна e. Вектор напряженности Е, переходя через границу диэлектриков, претерпевает скачкообразное изменение, создавая тем самым неудобства при расчетах электростатических полей. Поэтому оказалось необходимым помимо вектора напряженности характеризовать поле еще вектором электрического смещения, который для электрически изотропной среды, по определению, равен

40. Условия на границе раздела двух диэлектриков.

41. Сегнетоэлектрики и их основные свойства. Точка Кюри. Коэрцитивная сила.

Сегнетоэлектрики - вещества, обладающие спонтанной поляризацией, направление которой может быть изменено с помощью внешнего электрического поля. Сегнетоэлектрики обладают рядом специфических свойств, которые проявляются лишь в определенном диапазоне температур. Тремя наиболее яркими особенностями сегнетоэлектриков являются обратимая поляризация, «аномальные» свойства и нелинейности.

Точка Кюри - температура Т_к , является температурой фазового перехода, ниже этой температуры сегнетоэлектрик обладает доменной структурой и характерными сегнетоэлектрическими свойствами; выше этой температуры происходит распад доменной структуры и сегнетоэлектрик переходит в параэлектрическое состояние.

Напряженность поля Ер, при которой индукция проходит через ноль, называется коэрцитивной силой.