Диэлектрическая проницаемость(уч.10кл.390-391)

Диэлектрики см.выше (уч.10кл.стр.386-390)

Относительная диэлектрическая проницаемость.

Формула. Обозначение. Единицы измерения

Напряженность поля в диэлектрике.

Напряженность поля сферы и плоскости при наличии среды

Емкость плоского конденсатора при наличии среды

Разрыв линий напряженности на границе сред с разной диэлектрической проницаемостью

Использование электризации в промышленности (угольный фильтр)

В диэлектрике напряженность суммарного поля связанных зарядов направлена противоположно напряженности внешнего поля.

Вследствие этого поле в диэлектрике ослабляется. Степень ослабления зависит от свойств диэлектрика.

Ослабление поля в диэлектрике по сравнению с вакуумом характеризует относительная диэлектрическая проницаемость.

Относительная диэлектрическая проницаемость среды – число, показывающее во сколько раз модуль напряженности электростатического поля в однородном диэлектрике меньше, чем напряженность поля в вакууме

 =

Обозначение - 

Данная формула справедлива только для однородной среды или для случаев особой симметрии тела, например пластины в однородном поле.

Для тела произвольной формы зависимость и гораздо сложнее и определяется формой тела и его ориентацией по отношению к .

Следовательно, напряженность поля в диэлектрике:

E =

Кулоновская сила взаимодействия двух точечных зарядов в диэлектрике уменьшается в  раз по сравнению с вакуумом:

F₁₂ =

Силы между заряженными телами в отличие от сил всемирного тяготения зависят от свойств среды, в которой эти тела находятся.

Соответственно, в диэлектрике уменьшается напряженность поля точечного заряда, диполя, заряженной сферы и т.д.

Аналогично уменьшается и разность потенциалов.

Напряженность поля вне равномерно заряженной сферы совпадает с напряженностью поля точечного заряда, равного заряду сферы и помещенного в ее центре.

E =

Напряженность поля бесконечной равномерно заряженной плоскости постоянна (одинакова на любом расстоянии от плоскости) и зависит лишь от поверхностной плотности заряда.

E =

В случае среды с относительной диэлектрической проницаемостью , напряженность поля уменьшится в  раз:

для сферы или точечного заряда E =

для плоскости E =

Если между платин конденсатора пометить диэлектрик с относительной диэлектрической проницаемостью , то емкость конденсатора возрастет в  раз:

C =

Напряженность электрического поля зависит от относительной диэлектрической проницаемости среды  поэтому при наличии нескольких граничащих диэлектриков на границе разрыва двух сред напряженность поля меняется скачком (линии вектора Е терпят разрыв).

Поляризация диэлектриков в сильном электростатическом поле используется в электрических фильтрах для очистки газа от угольной пыли.

Когда сила тяжести частиц, задержанных фильтром, становится больше их силы притяжения к электродам, пыль оседает на дно фильтра.

Энергия электрического поля плоского конденсатора(уч.10кл.Стр.400-402, 403-406)

Конденсатор (см.выше уч.10кл.стр. 400-402)

Потенциальная энергия пластин конденсатора. Рисунок (стр.403)

Формула потенциальной энергии плоского конденсатора. Обозначение

Определение объемной плотности энергии электростатического поля. Единицы измерения

Формула объемной плотности энергии плоского конденсатора и ее физический смысл

Применение конденсаторов в лампах-вспышках

Как и любая система заряженных тел, конденсатор обладает энергией. Вычислим ее.

Работа, совершаемая при разделении положительных и отрицательных зарядов, сообщаемых пластинам конденсатора, равна энергии, приобретаемой конденсатором.

Потенциальная энергия пластин конденсатора

Пластины конденсатора притягиваются одна к другой, обладая определенной потенциальной энергией.

Рассчитаем энергию электростатического поля, накопленную конденсатором, если заряд на его платинах +Q –Q, а разность потенциалов между ними U.

Сила кулоновского притяжения пластины конденсатора определяются напряженностью поля, созданной противоположной пластиной.

E₊ = E_- = E =

F₊ = F_- = Q

Под действием кулоновских сил притяжения пластины, предоставленные сами себе, схлопнутся. Считая их конечную энергию равной нулю, получаем, что работа сил электростатического поля равна потенциальной энергии пластин:

A = W

Работа по перемещению каждой пластины на расстояние d/2 в центр конденсатора (где пластины могли бы схлопнуться)

A₊ = F₊ ; A_- = F_-

Полная работа и потенциальная энергия электростатического поля конденсатора:

A = A₊ + A_- = = W

Потенциальная энергия электростатического поля плоского конденсатора ( учитывая, что C = ) пропорциональна его емкости и квадрату напряжения между обкладками:

W = =

W =

Вся эта энергия сосредоточена в электрическом поле.

Концентрация энергии электростатического поля в пространстве характеризуется объемной плотностью энергии поля.

Объемная плотность энергии электростатического поля – физическая величина, равная отношению энергии электростатического поля, сосредоточенного в объеме, к этому объему.

 =

Единица измерения – Дж/м³

1 Дж/м³ равен объемной плотности энергии однородного электростатического поля, в 1м³ которого содержится энергия 1 Дж.

Объемная плотность энергии поля конденсатора пропорциональна квадрату напряжения напряженности поля:

 =

где E = - напряженность поля в конденсаторе

Объемная плотность энергии электростатического поля пропорциональна квадрату напряженности поля.

Энергия электростатического поля, запасенная в конденсаторе, используется, например, в лампах –вспышках.

Конденсатор может долго накапливать энергию и очень быстро отдавать ее.