D = εr×e0×Е=e0×Е+ Р ,
где εr•εo = εa - абсолютная электрическая проницаемость среды; εr - относительная электрическая проницаемость среды; εo =8,854•10-12 Ф/м - электрическая проницаемость вакуума.
Рис. 1.2. Поляризация диполей и ионов материала
В процессе поляризации участвуют заряженные частицы, входящие в состав диэлектрика, электроны, ионы решетки, слабосвязанные примесные ионы, молекулы, обладающие некомпенсированным зарядом, или дипольные моменты, крупные заряженные конгломераты частиц и т.п. Под действием электрических сил разноименно заряженные частицы в диэлектрике смещаются в противоположных направлениях, смещенные заряды индуцируют собственное электрическое поле Ēинд, которое направлено навстречу внешнему Ē0 и ослабляет его. У диэлектрика появляется наведенный электрический момент, который называется поляризацией. Среднее макроскопическое поле в объеме диэлектрика Ēср складывается из векторной суммы внешнего и индуцированного полей
Ēср = Ē0 - Ēинд .
Согласно электронной теории электропроводности валентные электроны в материалах легко отделяются от атомов, которые становятся положительными ионами. Ионы образуют в твёрдом материале кристаллическую решётку с пространственной периодичностью. Свободные электроны хаотически движутся в пространстве решётки между атомами (тепловое движение), сталкиваясь с ними. Под действием продольного электрического поля напряжённостью Ē, создаваемого в проводящем материале длиной lисточником электрической энергии, свободные электроны приобретают добавочную (дрейфовую) скорость и дополнительно перемещаются вдоль проводящего материала (рис. 1.3).
Рис. 1.3. Перемещение заряженных частиц в проводящем материале
Проводимость определяется двумя независимыми переменными: концентрацией носителей зарядов и их подвижностями. Без приложения внешнего электрического поля заряды движутся хаотично и их средняя скорость равна нулю. Внешнее электрическое поле создает силу F, движение заряженных частиц массой m приобретает упорядоченность и описывается уравнениями:
F = ma = EQ , Fl = A = dW = mn2/2 = 3kT/2,
где l - длина пробега заряженных частиц; A=dW - работа (энергия), необходимая для передвижения частиц; mn2/2 - кинетическая энергия частиц, находящихся в движении; 3kT/2 - потенциальная (тепловая) энергия частиц; k=1,38×10-23 Дж/К - постоянная Больцмана; T - температура (T =300К соответствует n ≈105 м/с).
Связь кинетических параметров заряженных частиц вещества с удельной объемной электрической проводимостью дается в виде
g = nzeμ,
где n - концентрация носителей заряда; z - их валентность (электропроводность создается свободными валентными электронами, способными покинуть атомы); e - заряд электрона; μ=n/E - подвижность носителей заряда; n- скорость дрейфа при напряженности E, локально действующего на частицу электрического поля.
В общем случае электрический ток в проводящей среде представляет собой упорядоченное движение положительных и отрицательных зарядов под действием электрического поля, например в электролитах и газах движутся навстречу друг другу ионы с положительными и отрицательными зарядами. Так как направления движения положительных и отрицательных зарядов противоположны, то принято считать направлением тока I направление движения положительных зарядов, т.е. направление, обратное направлению движения электронов в проводящем материале под действием электрического поля (рис. 1.3). Это направление показано стрелкой. Постоянный ток определяется как I=|Q|/t , где t - время равномерного перемещения суммарного заряда |Q| через поперечное сечение рассматриваемого участка цепи.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.