1.8. Напряженность поля в диэлектрике. Поляризованность и диэлектрическая восприимчивость диэлектриков

Рассмотрим влияние внешнего электрического поля на диэлектрик. Для этого поместим пластину диэлектрика между двумя заряженными пластинами с поверхностной плотностью заряда и (рис 1.9). Под действием электрического поля на гранях пластинки диэлектрика появляются связанные заряды и , т.е. он поляризуется – приобретает дипольный момент. Вектор напряженности электрического поля внутри диэлектрика направлен против внешнего поля.

Д ипольный момент диэлектрика складывается из дипольных моментов всех молекул , где – дипольный момент одной молекулы. Поляризованность диэлектрика – величина, равная дипольному моменту единицы объема: . Экспериментально обнаружено, что поляризованность зависит от напряженности Е электрического поля: æ , где æ – диэлектрическая восприимчивость.

Результирующая величина , т.к. часть линий напряженности внешнего поля обрывается при взаимодействии со связанными зарядами диэлектрика .

Дипольный момент диэлектрика , где d – толщина пластинки диэлектрика, S – площадь пластинки диэлектрика. С другой стороны, , где – связанный заряд на пластине диэлектрика; .

æ – æ , Е=Е₀ /(1+ æ)= , где ε – диэлектрическая проницаемость среды. Соотношение æ установлено экспериментально. Диэлектрик ослабляет электрическое поле в раз. Таким образом, диэлектрическая проницаемость среды показывает, во сколько раз напряженность внешнего поля уменьшается в диэлектрике, а также количественно характеризует способность диэлектрика поляризоваться в электрическом поле.

2. Постоянный электрический ток

2.1. Электрический ток, сила и плотность тока

Всякое упорядоченное движение электрических зарядов называется электрическим током. Для его существования необходимо выполнение двух условий: наличие свободных зарядов и разности потенциалов на концах проводника.

Основными характеристиками электрического тока являются: 1) сила тока , для постоянного тока , т.е. величина, численно равная заряду, проходящему за единицу времени через поперечное сечение проводника. Единица измерения 1А (ампер) – 1Кл/с; 2) плотность тока ; . Для постоянного тока плотность тока равна заряду, проходящему через единицу поперечного сечения проводника за единицу времени. Единица измерения А/м².

2.2. Сторонние силы. Электродвижущая сила и напряжение

Для поддержания разности потенциалов Δφ на концах проводника, т.е. непрерывного протекания тока по нему, используются устройства, называемые источниками тока. Силы, действующие в них, неэлектрического происхождения, и называются сторонними силами (химических реакций, механические, магнитные и др.). Силы гальванических элементов, аккумуляторов, динамомашин и т.д. совершают работу по перемещению электрических зарядов в проводниках и характеризуются электродвижущей силой (э.д.с.):

.

Э.д.с. численно равна работе сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда из одной точки цепи в другую.

В электрических цепях кроме сторонних сил действуют силы электростатического поля – кулоновские силы:

Работа, совершаемая результирующей силой

или

Работа, совершаемая сторонними и кулоновскими силами по перемещению единичного положительного заряда из одной точки цепи в другую, называется напряжением U. В системе единиц СИ напряжение и э.д.с. измеряется в вольтах (В).