Характеристики электрического поля в диэлектриках и их диэлектрических свойств.

Поляризация диэлектриков характеризуется физической величиной, называемой вектором поляризации (Р):

(Кл/м2) n

Здесь: pi – дипольный момент молекулы, V – объем диэлектрика. Вектор поляризации по смыслу представляет собой векторную сумму дипольных моментов всех молекул в единице объема диэлектрика.

Найдем связь величины вектора поляризации Р с поверхностной плотностью связанных зарядов s¢связ. Пусть кусок диэлектрика в форме параллелепипеда с боковой поверхностью S и длиной L помещен во внешнее поле с напряженностью Е. (см. рис.). На его поверхности образуются связанные заряды.

полный заряд на поверхности S
дипольный момент всего куска диэлектрика и его объем
		подставляя в (n) и сокращая, получим связь Р с s¢связ. Запишем в виде:
	Таким образом: нормальная составляющая вектора поляризации (Рn) численно равна поверхностной плотности связанных зарядов Внимание! Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы. Расчет стоимости Гарантии Отзывы

··	Из опыта следует, что для многих диэлектриков при не очень сильных полях, вектор поляризации прямо пропорционален напряженности внешнего поля;

c - коэффициент пропорциональности - называется диэлектрической восприимчивостью диэлектрика, она зависит от плотности диэлектрика и температуры (c - греческая буква «хи»).

Поместим в поле плоского конденсатора, заряженного с поверхностной плотностью заряда s своб, кусок диэлектрика так, чтобы его поверхность была перпендикулярна силовым линиям поля (см.рис.). На поверхности диэлектрика появляются связанные заряды с поверхностной плотностью s¢связ. Напряженность поля конденсатора Е0, напряженность поля связанных зарядов Е¢. В соответствии с принципом суперпозиции:

результирующее поле внутри диэлектрика

напряженность поля связанных зарядов; подставим в (·) и, учтя (··), получим:

или

- диэлектрическая проницаемость – безразмерная величина, показывающая, во сколько раз уменьшается напряженность поля внутри диэлектрика по сравнению с вакуумом.

e = 1 – вакуум

e @ 1 – воздух, газы

e > 1 - для всех диэлектриков

Электрическое поле в диэлектриках характеризуют также вспомогательным вектором D:

вектор электрической индукции (электрического смещения)

Вектор D физического смысла не имеет, но он удобен в случае, когда линии напряженности внешнего поля перпендикулярны поверхности диэлектрика. В этом случае D в вакууме и в диэлектрике имеет одно и то же значение: D = D0..

Векторы напряженности E, электрической индукции D и поляризации P связаны между собой соотношением:

Эту формулу можно получить, подставив в (·) выражения для

D и P (предлагаем сделать это самостоятельно).

Свободные и связанные заряды связаны между собой сложным образом, но для случая, когда пластина из диэлектрика вносится в однородное внешнее электрическое поле, силовые линии которого перпендикулярны поверхности пластины, соотношение между s своб и s¢связ можно найти из (·).

	Приравнивая Е из этих формул, и умножая обе части равенства на e0, получим:
	связь поверхностной плотности связанных и свободных зарядов

Диэлектрическая проницаемость e это макрохарактеристика диэлектрика, она зависит от структуры и свойств его молекул и от температуры диэлектрика. Экспериментально определить e легко. Для этого нужно поместить диэлектрик в конденсатор и измерить емкость с диэлектриком и без него: e = С/С0. Исследуя зависимость диэлектрической проницаемости e от температуры Т, можно получить сведения о свойствах молекул. Для этого нужно иметь формулу зависимости e (Т), в которую входили бы характеристики молекул. Сложность в получении такой формулы состоит в том, что средняя напряженность поля внутри диэлектрика и поля, окружающего данную молекулу, отличаются друг от друга. Разными учеными теоретически были получены различные формулы. Наиболее универсальной формулой является:

где n – концентрация молекул, a - поляризуемость молекулы, р0 - дипольный момент молекулы, k – постоянная Больцмана, T – абсолютная температура, e0 – электрическая постояннная

Из формулы следует, что если отложить на графике величину (e - 1)/(e - 2) в зависимости от обратной температуры (1/Т) для различных диэлектриков, то можно получить прямые 1, 2 или 3 (если формула справедлива!). В случае 1 (горизонтальная прямая) мы имеем дело с диэлектриком, у которого молекулы – неполярные. Под действием внешнего поля у таких молекул возникает индуцированный момент, который не зависит от температуры. Измерив величину А, можно вычислить поляризуемость a молекулы. Случай 2 соответствует диэлектрику с ориентационной поляризацией; по наклону прямой можно вычислить собственный дипольный момент р0 молекулы. В случае 3 можно сделать вывод, что молекулы диэлектрика полярные, но под действием поля у них дополнительно возникает индуцированный дипольный момент

Поможем написать любую работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Узнать стоимость

Характеристики электрического поля в диэлектриках и их диэлектрических свойств.

ЭЛЕКТРОСТАТИКА

Электростатическое поле в вакууме.

Графическое изображение электростатического поля.

Принцип суперпозиции.

Теорема Гаусса.

Применение теоремы Гаусса.

Потенциалы полей различных заряженных тел.

Распределение зарядов в проводниках.

Проводники в электростатическом поле.