Электрическое поле в веществе Часть 1 Поле в

Электрическое поле в веществе Часть 1: Поле в диэлектриках

§§ Электрический момент системы зарядов Условие электронейтральности: т. к. положения и могут не совпадать, то система обладает электрическими свойствами. 02

Вектор электрического момента системы зарядов: где – радиус вектор i-го заряда, проведенный из произвольной точки. Замечание: вектор, определяющий положение центра масс системы м. т. 03

§§ Электрический диполь Рассмотрим нейтральную систему двух т. з. – электрический диполь Если расстояние L много меньше расстояния до точки наблюдения, то диполь называют точечным. 04

Полярными – называют молекулы, обладающие дипольным моментом в отсутствие внешнего поля (CO, N 2 O, SO 2), у которых p ~ 10– 29– 10– 30 Кл∙м ~ qe∙(10– 10 м) молекула воды оксид C(IV) (p = 0 ) HF HCl HBr HI 6, 4· 10– 30 3, 5· 10– 30 2, 6· 10– 30 1, 3· 10– 30 05

В однородном ЭП диполь поворачивается моментом вдоль поля: В неоднородном поле наблюдается «втягивание» молекулы в область более сильного поля. 06

§§ Диэлектрики это вещества, обладающие весьма малой проводимостью. 1) нейтральные неполярные молекулы Молекулы становятся диполями с эл. моментами, ориентированными вдоль поля. 07

Смещение зарядов в поле – электрическая поляризация. На одной стороне диэлектрика выступают некомпенсированные на другой –. заряды, Их называют поляризационными или связанными зарядами (при трении образуются макроскопические свободные заряды ). 08

2) нейтральные полярные молекулы Молекулы обладают собственным электрическим моментом. В отсутствие поля молекулы ориентированы хаотически. Суммарный вклад полей отдельных молекул равен 0. 09

Во внешнем электрическом поле молекулы ориентируются моментами преимущественно вдоль поля и диэлектрик поляризуется. 10

3) ионные кристаллы (Na. Cl, KBr) При наложении электрического поля решетка ионов смещается относи- тельно решетки поляризуется. и диэлектрик 11

Виды поляризации: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. электронная; ионная; упруго-дипольная; ионно-релаксационная; дипольно-релаксационная; миграционная (межслоевая); электронно-релаксационная; поляризация ядерного смещения; остаточная (электретная); спонтанная (сегнетоэлектрическая); пьезоэлектрическая. 12

§§ Связанные заряды на поверхности диэлектрика Рассмотрим диэлектрик во внешнем поле. Тогда на его поверхности появятся связанные заряды с плотностью. – это эл. момент всего объема V диэлектрика. 13

Вектор поляризации единицы объема: – эл. момент или Умножая левую и правую части на получим: , т. е. – заряд, смещаемый через единичную площадку в направлении нормали к ней. 14

§§ Связанные заряды в объеме диэлектрика При однородной поляризации объем диэлектрика остается незаряженным При неоднородной ( )–в объеме возникают связанные заряды. 15

заряд, смещенный внутрь объема 16

§§ Вектор смещения т. Гаусса для диэлектрика: q – свободные, qсв – связанные заряды 17

получаем Поток вектора электрического смещения через произвольную замкнутую поверхность S равен алг. сумме свободных зарядов, попадающих внутрь этой поверхности. 18

§§ Поляризуемость молекулы Рассмотрим электронный тип поляризации: В отсутствии поляризация диэлектрика равна нулю. Eмол ~ 108– 109 В/м Eлаб ~ 105 В/м 19

Как показывает опыт, эл. момент молекулы пропорционален полю: – поляризуемость молекулы Вектор поляризации: – диэлектр. восприимчивость 20

Вектор электрического смещения: – диэлектрическая проницаемость – поле в среде (не внешнее поле!) 21

§§ Диэлектрическая проницаемость Внутреннее поле связанного заряда: Поле в объеме диэлектрика: Или, в проекции на направление 22

Диэлектрическая проницаемость ε зависит от рода вещества и его состояния (температуры, давления. . . ) и именно эту безразмерную величину обычно используют для характеристики диэлектрика. – абсолютная диэлектрическая проницаемость 23

диэлектрические проницаемости веществ (таблица) вакуум 1 воздух 1 (1, 000594) парафин 2 – 2, 5 фарфор 5 – 6 стекло 5 – 10 спирт 27 вода 81 (полярные молек. ) 24

§§ Граничные условия Рассмотрим границу двух диэлектриков – плотность связанных зарядов – плотность свободных зарядов 25

Нормальная составляющая испытывает скачок: или 26