- •Принцип независимости действия сил
- •Абсолютно упругий и неупругий удар
- •1)Идеальный газ
- •Классический идеальный газ
- •Квантовый идеальный газ
- •Ферми-газ
- •Бозе-газ
- •Электростатическая индукция в проводниках
- •Электростатическая индукция в диэлектриках
- •Плотность зарядов (линейная поверхностная, объемная)
- •Другие определения
- •[Править]Теплоёмкость для различных состояний вещества
- •[Править]Теория теплоёмкости
- •Майера уравнение
- •Теория теплоёмкости Эйнштейна
- •[Править]Недостатки теории
- •Модель Дебая
- •История
- •Физический смысл адиабатического процесса Работа газа
- •[Править]Внутренняя энергия идеального газа
- •[Править]Адиабатический процесс
- •[Править]Энтропия и обратимость
- •Уравнение Пуассона для идеального газа [править]Адиабата Пуассона
- •[Править]Вывод уравнения
- •Описание цикла Карно
- •[Править]кпд тепловой машины Карно
- •[Править]Связь между обратимостью цикла и кпд
- •Формулировки
- •[Править]Ограничения
- •[Править]Второе начало термодинамики и «тепловая смерть Вселенной»
- •[Править]Энтропия и критика эволюционизма
- •Общее описание
- •[Править]Уравнения Фика
- •[Править]Геометрическое описание уравнения Фика
- •Закон теплопроводности Фурье
- •[Править]Коэффициент теплопроводности вакуума
- •[Править]Связь с электропроводностью
- •[Править]Коэффициент теплопроводности газов
- •[Править]Обобщения закона Фурье
- •Сила вязкого трения
- •[Править]Вторая вязкость
- •[Править]Вязкость газов
- •[Править]Влияние температуры на вязкость газов
- •Вязкость жидкостей [править]Динамический коэффициент вязкости
- •[Править]Кинематическая вязкость
- •[Править]Ньютоновские и неньютоновские жидкости
- •[Править]Вязкость аморфных материалов
- •[Править]Физика реального газа
- •Уравнение состояния
- •Внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса
- •Критические параметры
- •Приведённые параметры
- •Недостатки уравнения Ван-дер-Ваальса
- •Коэффициент k
- •[Править]Закон Кулона в квантовой механике
- •[Править]Закон Кулона с точки зрения квантовой электродинамики
- •[Править]История
- •[Править]Закон Кулона, принцип суперпозиции и уравнения Максвелла
- •[Править]Cтепень точности закона Кулона
- •[Править]Поправки к закону Кулона в квантовой электродинамике
- •[Править]Закон Кулона и поляризация вакуума
- •[Править]Закон Кулона и сверхтяжелые ядра
- •[Править]Значение закона Кулона в истории науки
- •Лектрический заряд, напряжение, потенциал
- •[Править]Принцип суперпозиции в электродинамике
- •[Править]Примеры нарушения электродинамического принципа суперпозиции
- •[Править]Отсутствие принципа суперпозиции в нелинейных теориях
- •Поток вектора напряженности электрического поля. Теорема Гаусса
- •Теорема Остроградского—Гаусса и ее применение для расчета электростатических полей
- •Равномерно заряженная бесконечная плоскость
- •Бесконечная равномерно заряженная нить
- •Разность потенциалов
- •32 Диэлектрики в электрическом поле. Вектор поляризации. Диэлектрическая восприимчивость вещества. Диэлектрическая проницаемость. Электрическое смещение.
- •Типы поляризации
- •[Править]Зависимость вектора поляризации от внешнего поля [править]в постоянном поле [править]в слабых полях
- •[Править]в сильных полях
- •[Править]в зависящем от времени поле
- •Зависимость от времени
- •[Править]Тензор поляризуемости
- •Практическое применение
- •[Править]Зависимость от частоты
- •Электроемкость. Конденсаторы
- •Проводники электричества
- •Электрические изоляторы
- •Гальванические элементы
- •Закон Ома для неоднородного участка цепи
Типы поляризации
В зависимости от механизма поляризации, поляризацию диэлектриков можно подразделить на следующие типы:
Электронная — смещение электронных оболочек атомов под действием внешнего электрического поля. Самая быстрая поляризация (до 10−15 с). Не связана с потерями.
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.
Дипольная (Ориентационная) — протекает с потерями на преодоление сил связи и внутреннего трения. Связана с ориентацией диполей во внешнем электрическом поле.
Электронно-релаксационная — ориентация дефектных электронов во внешнем электрическом поле.
Ионно-релаксационная — смещение ионов, слабо закрепленных в узлах кристаллической структуры, либо находящихся в междуузлие.
Структурная — ориентация примесей и неоднородных макроскопических включений в диэлектрике. Самый медленный тип.
Самопроизвольная (спонтанная) — благодаря этому типу поляризации у диэлектриков, у которых он наблюдается, поляризация проявляет существенно нелинейные свойства даже при малых значениях внешнего поля, наблюдается явление гистерезиса. Такие диэлектрики (сегнетоэлектрики) отличаются очень высокими значениямидиэлектрической проницаемости (от 900 до 7500 у некоторых видов конденсаторной керамики). Введение спонтанной поляризации, как правило, увеличивает тангенс угла потерь материала (до 10−2)
Резонансная — ориентация частиц, собственные частоты которых совпадают с частотами внешнего электрического поля.
Миграционная поляризация обусловлена наличием в материале слоев с различной проводимостью, образованию объемных зарядов, особенно при высоких градиентах напряжения, имеет большие потери и является поляризацией замедленного действия.
Поляризация диэлектриков (за исключением резонансной) максимальна в статических электрических полях. В переменных полях, в связи с наличием инерции электронов, ионов и электрических диполей, вектор электрической поляризации зависит от частоты. В связи с этим вводится понятие дисперсии диэлектрической проницаемости.
[Править]Зависимость вектора поляризации от внешнего поля [править]в постоянном поле [править]в слабых полях
В постоянном или достаточно медленно меняющемся от времени внешнем электрическом поле при достаточно малой величине напряженности этого поля, вектор поляризацииP, как правило (исключение составляют сегнетоэлектрики), линейно зависит от вектора напряженности поля E:
(в системе СГС),
(в системе СИ; дальше формулы в этом параграфе приводятся только в СГС, формулы СИ и дальше отличаются лишь электрической постоянной ε0)
где χ — коэффициент, зависящий от химического состава, концентрации, структуры (в том числе от агрегатного состояния) среды, температуры, механических напряжений и т. д. (от одних факторов более сильно, от других слабее, конечно же и в зависимости от диапазона изменений каждого), и называемый (электрической) поляризуемостью (а чаще, по крайней мере для того случая, когда он выражается скаляром — диэлектрической восприимчивостью) данной среды. Для однородной среды фиксированного состава и структуры в фиксированных условиях ее можно считать константой. Однако в связи со всем сказанным выше вообще говоря χ зависит от точки пространства, времени (явно или через другие параметры) и т. д.
Для изотропных[1] жидкостей, изотропных твердых тел или кристаллов достаточно высокой симметрии χ — просто число (скаляр). В более общем случае (для кристаллов низкой симметрии, под действием механических напряжений и т. д.) χ — тензор (симметричный тензор второго ранга, вообще говоря невырожденный), называемый тензором поляризуемости. В этом случае можно переписать формулу так (в компонентах):
где величины со значками соответствуют компонентам векторов и тензора, соответствующим трем пространственным координатам.
Можно заметить, что поляризуемость — одна из наиболее удобных физических величин для простой иллюстрации физического смысла тензоров и применения их в физике.
Как и для всякого симметричного невырожденного тензора второго ранга, для тензора поляризуемости можно выбрать (если среда неоднородная — то есть тензор зависит от точки пространства — то по крайней мере локально, если же среда однородная, то и глобально) т. н. собственный базис — прямоугольные декартовы координаты, в которых матрица χij становится диагональной, а тогда — только в этих координатах(!) — запись немного упрощается:
где χ1,χ2,χ3 — три собственных числа тензора поляризуемости.
Если все эти три собственных числа равны друг другу, значит умножение на тензор эквивалентно умножению на число, а среда изотропна (в отношении поляризуемости). (Отсюда ясно, почему кристалл с высокой симметрией не может давать анизотропии: требованиям симметрии могут удовлетворить только три одинаковых собственных числа).