Вопрос 15. Свободные и связанные заряды. Вектор поляризации (поляризованность). Поверхностная плотность связанных зарядов. Связь вектора поляризации с поверхностной плотностью связанных зарядов.
Связанные заряды
внутри компенсируют друг друга.
Некомпенсированный заряд находится на
внешних поверхностях диэлектрика.
Поверхностная плотность связанных зарядов - физическая величина показывающая степень поляризации диэлектрика и равная заряду приходящемуся на единицу площади.
Вектор поляризации – векторная физическая величина характеризующая степень поляризации диэлектрика и равная дипольному моменту в единице объема.
Связь вектора поляризации с поверхностной плотностью связанных зарядов.
Рассмотрим поведение
диэлектрика во внешнем электрическом
поле в виде косого параллепипеда; углы
образуют
торцы с внешним электрическим полем.
Всему объему можно приписать:
1)Полный дипольный момент всего .образца – есть заряды на расстояние между ними.
Получили что, поверхностная плотность связанных зарядов равна нормальной составляющей вектора поляризации диэлектрика.
Поляризация
диэлектрика пропорциональна величине
внешнего поля
Вопрос 16. Неполярные диэлектрики. Электронная поляризация.
Механизм электронной поляризации:
Смещение электронных облаков орбит под действием электрического поля. Степень поляризации не высока, зависит от внешнего электрического поля. Электронная поляризация не зависит от температуры.
Вопрос 17. Полярные диэлектрики. Ориентационная поляризация
Атомы и молекулы полярных диэлектриков изначально обладают дипольным моментом.
Если внешнее поле отсутствует то дипольные моменты отдельных молекул ориентированы в пространстве хаотично.
I.
II.
Д
иполь
совершает колебательные движения,
колебания затухают, диполь встает носом
по полю, т.к. это положение устойчивого
равновесия. Механизм ориентационной
поляризации – поворот диполей под
действием внешнего электрического
поля. Имеет место влияние температуры.
Степень поляризации значительна!!!!!
Поляризация
обратнопропорциональна температуре
Вопрос 18. Поток вектора напряженности электрического поля сквозь поверхность. Теорема Гаусса (интегральная и дифференциальная формулировки).
Поток в электродинамике аналогичен потоку жидкости и газа в гидродинамике.
1. Линии
перпендикулярны
площадке
Поток через площадку
равен:
Так как количество
линий
,
пронизывающих единицу площади поверхности,
перпендикулярной к ним, численно равно
Е (модулю вектора
),
то число пересечений этих линий с
площадкой
равно:
2. Линии
пересекают
плоскую площадку
под
произвольным углом
к нормали
.
Поток вектора
через
площадку
равен:
Следовательно,
поток
через
площадку
,
произвольно расположенную в электрическом
поле, численно равен количеству
пересечений
линий
с
этой площадкой. Для того, чтобы знак
совпадал
со знаком
,
нужно считать положительными те
пересечения, для которых угол
меду
векторами
и
является
острым. Пересечения, для которых угол
является
тупым, нужно считать отрицательными.
Для однородного электрического поля и плоской поверхности применима одна из этих формул:
Поток через произвольную поверхность:
В случае замкнутой поверхности положительной принято считать нормаль направленную наружу области, охватываемой этой поверхностью. Следовательно, в случае выхода линии наружу из области, ограниченной замкнутой поверхностью, угол между векторами и является острым и такое пересечение считается положительным, а в случае входа линии внутрь этой области угол является тупым и такое пересечение считается отрицательным.
Теорема Гаусса
1. Интегральная форма
Поток вектора Е
сквозь замкнутую поверхность равен
алгебраической сумме зарядов внутри
этой поверхности, деленной на
.
2. Дифференциальная форма
Дивергенция
поля Е в данной точке зависит только от
плотности электрического заряда
в той же точке и больше ни от чего.
Вопрос 19. Теорема
Гаусса для электрического поля в вакууме
и в веществе. Вектор электростатического
смещения (вектор электростатической
индукции). Диэлектрическая восприимчивость
и диэлектрическая проницаемость
вещества. Смысл
.
Закон Кулона для взаимодействия зарядов
в веществе.
Теорема гаусса
для электрического поля в вакууме
Рассмотрим точечный заряд в диэлектрике. Диполи диэлектрика поворачиваются «носом» по полю. Поверхность S в виде сферы «разрезает» диполи; На поверхности оказывается положительный связанный заряд, а внутри поверхности отрицательный связанный заряд.
Заряды создающие поле которые вносят в диэлектрик снаружи, есть свободные или сторонние заряды.
вектор
поляризации.
Под
знаком интеграла стоит сумма двух
векторов. Вектора поля сторонних зарядов
и вектора поля связанных зарядов.
- вектор
электростатического смещения
(электростатической индукции).
Вектор формальный; физического смысла не имеет.
Эта формула выражает
теорему Гаусса для вектора
:
поток вектора электрического смещения
через
замкнутую поверхность равен алгебраической
сумме заключенных внутри этой поверхности
свободных зарядов.
Вектор поляризации
зависит от внешнего поля:
- диэлектрическая восприимчивость
(всегда положительна).
Диэлектрическая
проницаемость
- физическая величина, характеризующая
способность диэлектрика поляризоваться
в электрическом поле. Всегда больше
единицы. Для вакуума
=1,
так как Р=0,
Для однородного
диэлектрика:
Физический смысл
Рассмотрим точечный заряд в вакууме и диэлектрике.
Силовые линии одинаковы в вакууме и диэлектрике. На границе раздела сред не рвутся. Могут начинаться и заканчиваться только на свободных зарядах.
Диэлектрическая проницаемость показывает во сколько раз поле в вакууме больше чем в диэлектрике.