Электрический заряд. Закон сохранения заряда. Взаимодействие зарядов. Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции. Силовые линии электрического поля. Работа и энергия в электростатическом поле. Механические силы в электростатическом поле. Диполь во внешнем поле, страница 9

15.Диэлектрическая восприимчивость и проницаемость в различных случаях. Сегнетоэлектрики. Пьезоэлектрики.

Теорема Остроградского-Гаусса при наличии диэлектрика: ∫DdS=q,   ∫ƐƐ0EdS=q . Поле в вакууме:  ∫Ɛ0EdS= ƐƐ0E

α – диэлектрическая восприимчивость, постоянная безразмерная величина, характеризующая перемещение зарядов.

1.линейный, однородный, изотропный, Ɛ=const, α=const. Ɛ=1+α.  D0E+P.

2.Если диэлектрическая восприимчивость и проницаемость завис от напряженности поля, то поляризация диэлектрика тоже зависит от напряженности.

3.Если Ɛ зависит от координат, то вектор D тоже зависит от координат.

4.Диэлектрик анизотропный, когда Ɛ зависит от направления, это имеет место в основном в кристаллах, когда поляризация зависит от направления. В этом случае Ɛ является не числом, а оператором.

Существует группа веществ, которые могут обладать самопроизвольной поляризованностью в отсутствии внешнего поля. Это сегнетоэлектрики. Они отличаются от остальных диэлектриков рядом характерных особенностей:

1.Диэлектрическая проницаемость порядка нескольких тысяч.

2.Зависимоть P от Е не является линейной. Т.е. диэлектрическая проницаемость зависит от напряженности поля.

3.При изменениях поля значения поляризованности Р (а, следовательно, и смещения D) отстают от напряженности поля Е, в результате чего они определяются не только величиной Е в данный момент, но и предшествующим значением  Е. Это явление называется гистерезисом.

Сегнетоэлектриками могут быть только кристаллические вещества, у которых отсутствует центр симметрии. 

Пьезоэлектрики, кристаллические вещества, в которых при сжатии или растяжении возникает электрическая поляризация даже в отсутствие внешнего электрического поля (прямой пьезоэффект). Под действием электрического поля в пьезоэлектриках появляется механическая деформация (обратный пьезоэффект). Свойствами пьезоэлектриков обладают более чем 1500 веществ. Широко используются в современной технике: датчики давления, пьезоэлектрические детонаторы, источники звука огромной мощности, миниатюрные генераторы высокого напряжения, кварцевые резонаторы для высокостабильных генераторов частоты, конденсаторы и др. Чаще всего современный человек встречается с ними, например, в зажигалках.    

16. Условия на границе раздела диэлектриков. Поле в полостях диэлектрика

Рассмотрим границу раздела двух диэлектриков (рис. 1). Вследствие поляризации на границе диэлектриков появляются связанные заряды. В общем случае плотности различны. В том случае силовые линии на границе раздела будут преломляться. Будем считать, что свободных зарядов на границе нет. Вблизи границы мо можем построить цилиндр, стягивающийся к границе, и прямоугольный контур, тоже стягивающийся к границе, и рассмотреть поведение нормальной и тангенсальной составляющих векторов D и Е.

Для нормальной компоненты.

Ɛ0Ɛ1Ɛ1n – Ɛ0Ɛ2Ɛ2n=σ≡σсв, σсв=0, Ɛ1Е1n2E2n.

Нормальная компонента вектора Е при переходе границы изменяется: E1n2n21.

Е1t=E2t – тангенсальные компоненты, tgθ1/tgθ2= Ɛ21 – коэффициент преломления силовых линий.  

Вычислим поле в полости диэлектрика. Пусть полость представляет собой узкую, длинную щель, или имеет форму узкого длинного цилиндра, ориентированного вдоль внешнего поля (рис. 2). Выберем четырехугольный контур, у которого отрезки, параллельные внешнему полю, значительно превышают горизонтальные отрезки. Тогда, вследствие потенциальности поля получим, что Enl0 - Edl0=0. Работой по перемещению заряда вдоль горизонтального отрезка можно пренебречь. En=Ed.

Возьмем полость в виде щели, перпендикулярной силовым линиям внешнего поля (рис. 3). Условие непрерывности потока вектора D. Dпп=Dдп. Считаем, что в полости находится воздух.  

Ɛ0ƐЕдпƐ0, Еп=Dд0, Еп= ƐЕд.

Т.о., измеряя поле в полости разной формы и ориентации, можно измерить вектора D и Е в диэлектрике и экспериментально проверить представление об электрическом поле в диэлектрике.


17. Электроёмкость уединённого тела и системы проводящих тел. Конденсаторы