
- •Часть 2
- •Нижний Новгород 2005
- •Содержание
- •Электростатика
- •1.1. Электрическое поле в вакууме Основные определения
- •1.2. Электрическое поле в диэлектриках Основные определения
- •1.3. Проводники. Конденсаторы. Энергия электрического поля Основные определения
- •1.4. Примеры решения задач
- •Постоянный ток
- •2.1. Плотность тока. Подвижность носителей заряда Основные определения
- •2.2. Электродвижущая сила. Правила Кирхгофа
- •2.3. Работа и мощность в цепях постоянного тока
- •2.4. Примеры решения задач
- •Магнитостатика
- •3.1. Магнитное поле в вакууме Основные определения
- •3.2. Сила Лоренца. Сила Ампера1 Основные определения
- •3.3. Магнитное поле в веществе Основные определения
1.2. Электрическое поле в диэлектриках Основные определения
Поляризованность
и поток поляризованности через замкнутую поверхность :
,
и
, (1.2а)
где
дипольные моменты молекул диэлектрика,
алгебраическая
сумма связанных зарядов внутри
поверхности.
Электрическое смещение
и поток смещения через замкнутую поверхность:
,
,
(1.2б)
где
алгебраическая
сумма сторонних зарядов внутри
поверхности.
Дивергенция векторов и :
,
, (1.2в)
где
и
объемная
плотность связанных и сторонних зарядов
соответственно.
Условия на границе раздела двух диэлектриков:
,
,
, (1.2г)
где
и
поверхностные
плотности связанных и сторонних зарядов
на границе раздела, орт нормали
направлен из первой среды во вторую,
любое
из касательных направлений.
В случае изотропных диэлектриков:
,
, (1.2д)
где
диэлектрическая восприимчивость, а
диэлектрическая проницаемость вещества.
Напряженность поля точечного заряда , находящегося в жидкой изотропной среде:
. (1.2е)
В некоторой точке однородного изотропного диэлектрика проницаемостью
известно значение модуля электрического смещения
. Написать выражения для величин напряженности электрического поля и поляризованности
в этой точке.
П
ластина толщиной , изготовленная из однородного диэлектрика проницаемостью , помещена в однородное электрическое поле величиной
перпендикулярно силовым линиям, как показано на рис. 1.11. Определить: а) напряженность электрического поля в диэлектрике; б) плотность связанных зарядов на его левой поверхности. Изобразить качественно на графике зависимости
,
,
и
. Потенциал начала координат принять равным нулю. Пластину считать неограниченной в направлениях, перпендикулярных оси
.
Точечный сторонний заряд расположен в центре сферического слоя, изготовленного из однородного диэлектрика проницаемостью
. Внутренний радиус слоя
, внешний
. Построить примерные графики зависимостей
, и
, где расстояние от заряда . Определить плотность связанных зарядов
на внутренней и
на внешней поверхности диэлектрического слоя.
Сторонние заряды равномерно распределены с объемной плотностью по шару радиусом . Шар изготовлен из однородного изотропного диэлектрика проницаемостью . Определить: а) напряженность электрического поля как функцию расстояния от центра шара; б) объемную плотность связанных зарядов ; в) поверхностную плотность связанных зарядов .
Длинный цилиндрический стержень радиусом , изготовленный из однородного изотропного диэлектрика проницаемостью , равномерно заряжен сторонними зарядами с объемной плотностью . Определить: а) электрическое смещение ; б) напряженность электрического поля ; в) объемную плотность связанных зарядов в зависимости от расстояния от оси стержня.
Вблизи плоской поверхности незаряженного однородного диэлектрика (рис.1.12) напряженность электрического поля в вакууме
В/м. Углы
и
, определяющие направление силовых линий поля в вакууме и в диэлектрике, равны соответственно
и
. Найти: а) диэлектрическую проницаемость диэлектрика ; б) напряженность электрического поля в диэлектрике
; в) плотность связанных зарядов на его поверхности. Сторонних зарядов на границе раздела нет.
Сторонние заряды равномерно распределены по плоской границе раздела двух однородных диэлектриков, помещенных во внешнее поле; их поверхностная плотность
Кл/м2. Найти плотность связанных зарядов на этой границе, если известно, что в первой среде
В/м, диэлектрическая проницаемость
,
, а поля
и
ориентированы, как показано на рис. 1.13а.
То же в варианте, изображенном на рис. 1.13б.
Диэлектрическую пластину толщиной поместили в однородное электрическое поле величиной перпендикулярно силовым линиям, как показано на рис. 1.11. Зависимость диэлектрической проницаемости материала от координаты имеет вид
. Определить объемную плотность связанных зарядов в зависимости от .
Напряженность электрического поля в однородном диэлектрике проницаемостью зависит от координат как
, где постоянная величина. Найти объемную плотность сторонних и связанных зарядов.
То же, если в пространстве, заполненном однородным диэлектриком проницаемостью , зависимость напряженности электрического поля от радиус-вектора имеет вид
.
Чему будет равна поляризованность воды, если удастся выстроить ее молекулы так, чтобы все дипольные моменты оказались параллельными друг другу? Плотность воды
кг/м3, молярная масса
г/моль, дипольный момент одной молекулы Клּм.
В воде электрическое поле напряженностью В/м, создает поляризованность, эквивалентную правильной ориентации только одной из
молекул. На основе этих данных вычислить диэлектрическую проницаемость воды . Для расчетов использовать данные, приведенные в предыдущей задаче.
Сегнетоэлектрический цилиндр длиной
и радиусом
обладает однородной остаточной поляризованностью , направленной вдоль оси цилиндра (рис.1.14). Найти напряженность электрического поля в точках 1 и 2, расположенных вблизи середины торца и середины боковой поверхности цилиндра.
Остаточная поляризованность круглого сегнетоэлектрического диска радиусом и толщиной
повсюду в нем одинакова и вектор перпендикулярен оси диска. Найти напряженность электрического поля в центре диска, если
.
Пластина из сегнетоэлектрика с остаточной поляризованностью помещена между металлическими обкладками, соединенными между собой проводником (рис.1.15). Вектор перпендикулярен боковым граням пластины. Определить векторы
и
внутри и вне сегнетоэлектрика. Толщина пластины , расстояние между обкладками
. Краевыми эффектами пренебречь.