2.Электрическое поле в веществе

Истинное микроскопическое поле в веществе (микрополе) изменяется весьма резко как в пространстве, так и во времени. Оно различно в различных точках внутри атомов и промежутках между ними. Действие внешнего электрического поля на макроскопические тела определяется некоторым усредненным значением поля.

Будем называть электрическим полем в веществе (макрополем) усредненное по физически бесконечно малому объему микрополе. Физически бесконечно малым объемом называют объем, содержащий большое количествово атомов, но при этом настолько малый, что макроскопические величины остаются в его пределах постоянными.

2.1.Электрическое поле в диэлектриках. Диполь и дипольный момент. Поляризованность

Диэлектриками называются вещества, в которых микроскопические заряды связаны друг с другом.

Удельное электрическое сопротивление диэлектриков ρ > 10⁸ Ом·м.

Внутреннее электрическое поле в диэлектрике (микрополе) достигает величины Евнутр. 1011 в/м. Внешние поля Евнеш.. 107 в/м.

При внесении диэлектрика во внешнее поле напряженностью происходит смещение связанных зарядов:

• положительных - по полю;

• отрицательных - против поля.

В результате этого смещения в диэлектрике возникает собственное макроскопическое электрическое поле напряженностью , направленное против внешнего поля:  . Суммарное поле в диэлектрике определится как суперпозиция этих полей:

Это явление называется поляризацией диэлектрика.

Количественной характеристикой поляризации диэлектрика является векторная величина , называемая поляризованностью. Ее физический смысл заключается в следующем: поляризованность численно равна дипольному моменту единицы объема вещества.

П римечание. Диполем называется система из двух равных по величине и противоположных по знаку электрических зарядов -q и +q, расположенных на некотором расстоянии l друг от друга . Вектор называется плечом диполя, вектор называется дипольным моментом.

Поляризованность диэлектрика равна векторной сумме дипольных моментов всех молекул, содержащихся в единице объема вещества:

. (2.1)

Опытным путем установлено, что в однородных изотропных диэлектриках поляризованность пропорциональна напряженности поля:

P  E,

и можно записать P=χ·ε₀E. (2.2)

Безразмерная величина χ называется диэлектрической восприимчивостью вещества; она показывает насколько легко или трудно поляризуется диэлектрик.

Р ассмотрим электрическое поле, создаваемое в вакууме двумя пластинами, заряженными разноименно (рис.2.1). Это поле является однородным. Обозначим его напряженность , а поверхностную плотность заряда на пластинах σ. Внесем в электрическое поле между пластинами пластинку из диэлектрика. В диэлектрике произойдет смещение связанных зарядов (поляризация). В результате этого смещения на поверхности диэлектрика возникнут связанные заряды: на грани, обращенной к положительной пластине, - отрицательный заряд; на грани, обращенной к отрицательной пластине, - положительный заряд.

Обозначим поверхностную плотность связанных зарядов . Эти связанные заряды создадут внутри диэлектрика дополнительное поле напряженностью .

Поле направлено противоположно внешнему полю (  ). Суммарное поле внутри диэлектрика

Так как   , то по модулю < :

. (2.3)

Обозначим толщину диэлектрической пластинки d, а её площадь S. Заряд, находящийся на поверхности пластинки, равен: .

Дипольный момент пластинки равен:

= . (2.4)