Емкость плоского конденсатора(уч.10кл.Стр.400-402)
См.выше «Конденсатор» (уч.10кл.стр. 400-402)
Диэлектрики в электрическом поле(уч.10кл.Стр.386-390)
Понятие и определение свободного заряда
Понятие и определение связанного заряда
Определение проводника. Примеры
Определение диэлектрика. Примеры
Полярные и неполярные диэлектрики. Примеры
Поведение полярных и неполярных диэлектриков в электростатическом поле
Определение и физика процесса поляризации диэлектриков
Диэлектрическая проницаемость и напряженность поля в диэлектрике(см.ниже уч.10кл.стр.390-391)
На силу взаимодействия между заряженными частицами существенно влияет среда, в которой они находятся. В среде сила взаимодействия всегда ниже чем в вакууме.
Любая среда ослабляет напряженность поля. Степень уменьшения напряженности зависит от свойств среды.
Электрические характеристики среды определяются подвижностью заряженных частиц в ней.
Подвижность заряженных частиц в веществе определяется его строением.
Все вещества по концентрации и уровню подвижности заряженных частиц делятся на три группы:
- проводники
- диэлектрики
- полупроводники
Свободные заряды – заряженные частицы одного знака, способные перемещаться под действием электрического поля.
Связанные заряды – разноименные заряды входящие в состав атомов (или молекул), которые не могут перемещаться под действием электрического поля независимо друг от друга.
Свободные заряды не могут возникнуть, если энергия связи электрона со своим атомом велика по сравнению с энергией его взаимодействия с соседними атомами вещества.
Проводник – вещество, в котором свободные заряды могут перемещаться по всему объему.
Большинство металлов и растворов солей – проводники.
Диэлектрик – вещество, содержащее только связанные заряды.
Свободные заряды в диэлектрике отсутствуют. Он практически не проводит электрический ток.
Газы и некоторые жидкости – диэлектрики.
В полупроводнике энергия связи электронов с атомом соизмерима с энергией взаимодействия с соседними атомами. Свободные электроны в полупроводнике могут образовываться только при получении дополнительной энергии ( в результате нагревания или под действием электрического поля)
Полупроводник – вещество, в котором количество свободных зарядов зависит от внешних условий (температуры, напряженности электрического поля)
К полупроводникам относятся примерно 80% веществ: минералы, кремний, селен, германий и т.д.)
Молекулы по структуре распределения в них электрического заряда делятся на два вида:
- полярные
- неполярные
В полярных молекулах (H20, CO, SO2) центры связанных зарядов (ядер, электронных оболочек) находятся на некотором расстоянии друг от друга. Моделью такой электронейтральной молекулы может служить электрический диполь.
В неполярных молекулах (H2, N2, O2), имеющих симметричное строение, центры положительных и отрицательных связанных зарядов совпадают.
Диэлектрики в соответствии со структурой их молекул, делятся на два вида:
- полярные
- неполярные
Полярный диэлектрик состоит из полярных молекул, неполярный – из неполярных.
Внутри диэлектрика, помещенного во внешне электростатическое поле происходит пространственное перераспределение заряда.
В полярных диэлектриках внешнее поле поворачивает хаотически расположенные молекулы вдоль напряженности поля.
В неполярных диэлектриках электростатическое поле сначала поляризует молекулы, растягивая в разные стороны положительные и отрицательные заряды, а затем поворачивает их вдоль оси напряженности поля.
Поляризация диэлектрика – процесс ориентации диполей или появление под действием внешнего электростатического поля ориентированных по полю диполей.
В зависимости от механизма поляризации различают:
- деформационная поляризация
- ориентационная поляризация
Независимо от вида поляризации у любого поляризованного диэлектрика появляется в электрическом поле суммарный электрический дипольный момент.
Тепловое движение молекул препятствует упорядоченной ориентации всех диполей. Только при температуре абсолютного нуля все диполи выстроились бы вдоль силовых линий поля. Таким образом, под влияние поля происходит лишь частичная ориентация электрических диполей. Это означает, что в среднем число диполей, ориентированных вдоль поля, больше, чем число диполей, ориентированных против поля.
Явление поляризации описывается с помощью важной характеристики поляризованности или вектора поляризации.
Поляризованностью диэлектрика называется физическая величина численно равная суммарному электрическому (дипольному) моменту молекул заключенных в единице объем:.
??? = УТОЧНИТЬ ОБОЗНАЧЕНИЕ
Единица измерения – Кл/м2
ΣPi - суммарный электрический момент всего образца
Активные диэлектрики
У обычных диэлектриков поляризованность исчезает при исчезновении внешнего электрического поля. Наряду с однородными изотропными диэлектриками существуют диэлектрики с особыми свойствами, в которых зависимость поляризованности от напряженности внешнего электрического поля носить нелинейный характер.
Сигментодиэлектрики – зависимость поляризованности от напряжения внешнего электрического поля Е представляет собой петлю гистерезиса. После снятие внешнего электрического поля сохраняется остаточная поляризованность.