Вопрос 27 Проводники в электрическом поле

Явление перераспределения поверхностных зарядов на проводнике во внешнем электростатическом поле называется электростатической индукцией.

Напряженность электростатического поля у поверхности проводника любой формы определяется поверхностной плотностью зарядов. Если проводнику сообщить некоторый заряд Q,, то нескомпенсированные заряды располагаются только на поверхности проводника, что соответствует минимуму потенциальной энергии. Так как заряды внутри проводника отсутствуют в состоянии равновесия, то создание внутри него полости не повлияет на конфигурацию расположения зарядов и тем самым на электростатическое поле. Внутри полости поле будет отсутствовать, и она полностью изолирована от влияния внешних электростатических полей. Если этот проводник заземлить, то потенциал во всех точках полости будет нулевым. На этом принципе основана электростатическая защита — экранирование тел, например, измерительных приборов, от влияния внешних электростатических полей.

Величину

C = Q/

(3.51)

называют электроемкостью уединённого проводника.

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).

Емкость конденсатора - это физическая величина, равная отношению заряда Q,, накопленного в конденсаторе, к разности потенциалов  ( ) между его обкладками:

C = Q/( )

Емкость плоского конденсатора:

C =

Вопрос 28 Диэлектрики в электрическом поле

Первую группу диэлектриков (N , Н , О , СО , СН , ...) составляют вещества, молекулы которых имеют симметричное строение, т. е. центры “тяжести” положительных и отрицательных зарядов в отсутствие внешнего электрического поля совпадают и, следовательно, дипольный момент молекулы р равен нулю. Молекулы таких диэлектриков называются неполярными.

Вторую группу диэлектриков (Н О, NН , SO , CO,...) составляют вещества, молекулы которых имеют асимметричное строение, т. е. центры “тяжести” положительных и отрицательных зарядов не совпадают. Таким образом, эти молекулы в отсутствие внешнего электрического поля обладают дипольным моментом. Молекулы таких диэлектриков называются полярными.

При отсутствии внешнего поля дипольные моменты полярных молекул вследствие теплового движения ориентированы в пространстве произвольно и их результирующий момент равен нулю. Если такой диэлектрик поместить во внешнее поле, то силы этого поля будут стремиться повернуть диполи вдоль поля и возникает отличный от нуля результирующий момент.

Третью группу диэлектриков (NaCI, КCI, КВr, ...) составляют вещества, молекулы которых имеют ионное строение. Ионные кристаллы представляют собой пространственные решетки с правильным чередованием ионов разных знаков. В этих кристаллах нельзя выделить отдельные молекулы, а рассматривать их можно как систему двух вдвинутых одна в другую ионных подрешеток. При наложении на ионный кристалл электрического поля происходит относительное смещение подрешеток, приводящее к возникновению дипольных моментов.

Поляризацией диэлектрика называется процесс ориентации диполей или появления под воздействием внешнего электрического поля ориентированных диполей.

Для количественного описания поляризации диэлектрика пользуются векторной величиной — поляризованностью, определяемой как дипольный момент единицы объема диэлектрика:

P = p /V = /V

(3.35)

Если диэлектрик изотропный и Е не слишком велико, то

P = æ E

(3.36)

где æ — диэлектрическая восприимчивость вещества, æ — величина безразмерная; притом всегда æ > 0 и для большинства твердых и жидких диэлектриков  составляет несколько единиц.

диэлектрическая восприимчивость изотропного диэлектрика (формула Дебая-Ланжевена):

æ =

Поляризованность полярного диэлектрика

,

где <p_e> - среднее значение дипольного момента для всех n молекул, находящихся в малом объеме диэлектрика V.