Электростатика. Предмет изучения. Работа в электронном поле, страница 2

             №3

Диэл-ки. При  рассмотрении эл-го поля при наличии в нем диэл-в различают 2 рода эл-х зарядов: свободные и связанные. Под свободными зарядами понимают эл-е заряды, которые под влиянием эл-го поля могут перемещаться на макроскоп-е раст-я (электроны в Ме и вакууме, ионы в газах и  электролитах и т.п.) и заряды, нанесенные извне на поверхность диэл-ков и нарушающие их нейтральность. Связанными наз-ют заряды, входящие в состав нейтральных молекул диэл-ков, ионы, закрепл-е в тв-ых диэл-ках вблизи опред-х полож-й равновесия. Диэл-ками наз-ют ве-ва, в которых под действием эл-го поля не возникает поступ-х макроперемещ-й зарядов как, например, в проводниках. В диэлектриках заряды под действием эл-го поля сдвигаются на микрорасст-я. Диполь- совокупн-ть 2х одинак-х по величине, но разных по знаку точечных зарядов, наход-ся на малом расстоянии один от другого. Вектор l, провед-й от отриц-го заряда к полож-му, наз-ся плечом диполя. Вектор p называется моментом диполя: p=ql. Внешнее эл-кое поле стремится сдвинуть полож-ые заряды в своем направлении, а отриц-е - в противоп-м. Поэтому в направлении вектора напряж-ти в диэлектрике образ-ся избыток полож-го заряда, а в противоп-м - недостаток. Диэлектрик приобретает дипольный момент. Этот процесс называется поляризацией.  Степень поляризации диэлектрика хар-ся поляризованностью, или вектором поляризации, опред-мым отношением дипольного момента ∆p элемента диэл-ка к его объему: P=∆p/∆V=∑∆p_i/∆V. Механизмы поляризации. Диэл-к состоит из атомов и молекул, и любой его малый физ-й элемент объема явл-ся эл-ки нейтральным. Если в атоме при отсутствии внешнего эл-го поля эл-ное облачко распред-но сферически симметрично относ-но ядра, то атом не обладает эл-ким дипольным моментом. Аналогично в молекулах: полож-е и отриц-е заряды могут обладать такой симметрией распред-я, когда у них не возникает дипольный момент. Такие молекулы и атомы наз-ся неполярными (H₂, N₂, O₂, …,CO₂, CH₄ и др.). При отсутствии внешнего поля такой диэл-к не поляризован. Молекулы и атомы, облад-е эл-ким дипольным моментом при отсутствии внешнего поля, наз-ся полярными (CO, N₂O, и др.). Во внешнем эл-ком поле полож-е заряды стремятся сместиться по направлению напряженности поля, а отрицательные - противоположно. В результате,  неполярные молекулы  приобретают дипольный момент и диэл-к поляризуется. В этом случае поляризация явл-ся ионной и электронной. Полярные молекулы также приобретают индуцированный внешним полем дипольный момент и благодаря этому также поляр-ся, но этот механизм – второстеп-й. Главный механизм поляризации для них другой - ориентационный: во внешнем эл-ком поле на постоянные дипольные моменты молекул действуют моменты сил, стремящиеся переориентировать дипольные моменты в направлении напряж-ти поля. Поляризованность за счет переориентации молекул значительно больше, чем в следствии дипольных моментов, индуц-х внешним полем. Поляризованность P  - количественная характеристика поляризации. Очевидно, что P пропорц-но E. Если св-ва диэл-ка по всем направл-м одинаковы, то диэл-к наз-ся линейным изотропным. У него диэл-кие св-ва харак-ся скалярной величиной - диэлектрической восприимчивостью  k>0 и P=kε_oE. Влияние поляризации на эл-е поле. Дипольный момент элемента объема dV: dp=PdV=kε_oEdV,  т.е.  совпадает  по  направлению с E. Поэтому напряж-ть поля самого дипольного момента направлена противоп-но напряж-ти внешнего поля и ослабляет его, и в результате поляризации напряж-ть в диэл-ке ослабл-ся. Роль поляризации при этом сводится лишь к разделению разноименных зарядов, в результате чего в объеме диэл-ка, как и на его поверхности, образуются заряды. Эти заряды наз-ся поляризационными, или связанными. Наличие диэл-ка в эл-ком поле учит-ся тем, что приним-ся во внимание локальное эл-кое поле, создаваемое связанными зарядами, возникающими в результате поляризации. Поэтому необходимо найти выражение связанных зарядов.

E                                     F(+)                         E