2. Диэлектрик в электрическом поле.

Вещество в электростатическом поле. С точки зрения электричества, вещество делится на проводники и диэлектрики. Проводники – это тела, в которых имеются свободные носители заряда, то есть заряженные частицы, которые могут свободно перемещаться внутри этого тела (например, электроны в металле, ионы в жидкости или газе). Диэлектрики – это тела, в которых нет свободных носителей заряда, то есть нет заряженных частиц, которые могли бы перемещаться в пределах этого диэлектрика.

Диэлектрики в электрическом поле. Диэлектрики – это тела, состоящие из нейтральных молекул. Молекулы бывают полярные (обладающие дипольным моментом) и неполярные (не обладающие дипольным моментом). Диэлектрик, состоящий из полярных молекул, во внешнем поле поляризуется, то есть приобретет дипольный момент за счёт преимущественной ориентации молекулярных диполей в направлении внешнего поля. Вот имеем кусок диэлектрика, внешнее поле отсутствует. Дипольные моменты молекул ориентированы хаотически, и в среднем дипольный момент любого элемента объёма равен нулю (рис.5.6).

Однако, если мы поместим внешнее электрическое поле, появится преимущественная ориентация, все эти дипольные моменты сориентируются примерно так, как показано на рисунке 5.7. Они не смогут все построиться вдоль поля, потому что хаотическое тепловое движение разрушает структуру, но, по крайней мере, на фоне этого хаоса они будут все стремиться сориентироваться вдоль поля.

Диэлектрик, состоящий из неполярных молекул, также поляризуется, потому что эти молекулы приобретают дипольный момент во внешнем поле.

, однако, если мы внесём эту молекулу во внешнее электрическое поле, то внешнее поле растаскивает положительный и отрицательный заряды, и молекула приобретает дипольный момент.

Процесс поляризации заключается в изменении расположения в пространстве частиц диэлектрика, имеющих электрические заряды, при приложении к диэлектрику электрического поля. После снятия поля частицы возвращаются в исходное состояние. При приложении электрического поля диэлектрик приобретает наведенный электрический момент, и в конденсаторе, образованном диэлектриком и электродами, образуется электрический заряд Q=UC, где Q - электрический заряд, Кл ; С - электрическая емкость конденсатора, Ф; U - приложенное напряжение, В. Энергия электрического поля, Дж, запасенная на участке изоляции, определяется как W = QU/2 = CU²/2. При приложении к диэлектрику переменного синусоидального напряжения через участок изоляции, емкостью С (Ф) проходит емкостной ток I=UωC=2πfC, где U - действующее значение приложенного напряжения, В; f - частота, Гц; ω - угловая частота, рад/ с. При параллельном включении n конденсаторов их результирующая емкость С_р равна сумме емкостей каждого отдельного конденсатора, а при последовательном их соединении результирующая емкость С_s определится как 1/ С_s = ∑(1/ С_s) При последовательном соединении емкость С_s меньше, чем емкость каждого отдельного конденсатора, а при параллельном включении C_р будет больше, чем емкость каждого отдельного конденсатора или равна их сумме.