Если на поверхности проводника имеются какие-то выступы, зазубрены, неровности, то вблизи этих объектов напряженность поля возрастет. Эта напряженность может достигать значительной величины и вблизи поверхности может происходить пробой воздуха или газа и разряд. Чтобы этого не происходило, поверхность, находящуюся под высоким напряжением, тщательно изготавливают имеющей плавные формы и тщательно полируют.
13.Диэлектрики в электростатическом поле. Виды поляризации
Диэлектриком мы будем называть вещество, в котором не может быть свободных зарядов, т.е. зарядов, способных перемещаться на макроскопические расстояния в веществе. Заряды могут быть только связанными и могут перемещаться на расстояния порядка атомных размеров. При таком перемещении каждый макроскопический объем вещества может приобретать дипольный момент, т.е. диэлектрик может поляризоваться.
В электростатическом поле диэлектрик находится в состоянии поляризации, признаком которой является наличие дипольного момента у макроскопических количеств веществ.
На микроскопическом уровне поляризация связана с возникновением дипольного момента у атомов молекул и малых объемов кристаллов.
Различают следующие виды поляризации.
1.Электронная поляризация. У нейтрального атома центры электронного облака и ядра совпадают в отсутствии внешнего поля (рис.1). Во внешнем поле происходит смещение (рис. 1). В этом случае центры положительного и отрицательного заряда не совпадают, и атом получает дипольный момент. p=ql0. Электронная поляризация является малоинерциальной и присутствует практически при всех видах поляризации.
2.Дипольная поляризация. Если молекулы (атомы) вещества в отсутствии внешнего поля обладают дипольным моментом, то эти дипольные моменты в хаотическом движении ориентируются хаотически и любой макроскопический объем вещества не имеет дипольного момента (рис. 2).
3.Ионная поляризация. Если ионные кристаллы поместить во внешнее электрическое поле, то ионы будут смещаться (положительные и отрицательные в разные стороны). Тогда какие-то ионы могут выйти за приделы выделенного объема, и на одной стороне будет увеличиваться количество ионов одного знака, на другой стороне – другого. Объем получит дипольный момент.
14.Вектор поляризации. Поле в диэлектрике
В отсутствии внешнего поля дипольные моменты атомов организованы хаотически, а в присутствии поля они стараются выстроиться вдоль этого поля. p=lim∑pi/∆V, объем стягивается в точку. Усреднение происходит по микроскопическому объему, который содержит в себе большое число атомов или молекул. Электрический момент в единице объема вещества – вектор поляризации.
Рассмотрим некоторый объем диэлектрика, помещенный во внешнее электрическое поле (рис. 1). При наложении поля диполи будут поворачиваться, в результате чего часть зарядов будет пересекать границу S, и часть этих зарядов покинет объем, а какие-то войдут внутрь объема.
Если взять площадку dS поверхности S (рис. 2), то покинуть объем могут только те заряды, которые находятся в пределах dV. dV=dSh=dSl0cosθ, dq=n0dVq0= q0l0n0dScosθ, q0l0n0 – вектор поляризации. Через площадь dS проходит заряд dq. dq=PdScosθ=PdS. Если заряд dq вышел из объема, то там остался противоположный по знаку заряд: dqсв= - dq= - PdS. Т.о. при поляризации выделенного объема получаем связанный заряд, равный q= - ∫PdS.
Смысл вектора D. D=ƐƐ0E, для точечного заряда D=q/4πr2.
Оказывается, что при поляризации вещества в объеме, помимо свободного заряда q, появляются и связанные заряды. Эти заряды физически ничем не отличаются друг от друга и взаимодействуют, как и свободные заряды. Под действием связанного заряда свободные заряды могут перераспределяться в пространстве, в результате чего распределения поля в пространстве будет другим по отношению к конфигурации системы при наличии только свободного заряда.
Вектор D будет описывать распределение поля в пространстве при отсутствии диэлектрика, но при таком распределении свободных зарядов, который имеет место при наличии диэлектрика, т.е. наличие диэлектрика приводит к перераспределению зарядов. Т.е. плотность на той части, где находится диэлектрик больше (рис. 3). E=E0, σ= ƐƐ0E, σ>σ0, E0= σ/Ɛ0.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.