Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Lek_2_DIELEKTRIKI_V_ELEKTRIChESKOM_POLE

.pdf
Скачиваний:
20
Добавлен:
29.05.2015
Размер:
475 Кб
Скачать
☆

3.Вектор поляризации

•Пусть в однородном поляризованном диэлектрике

объёмом V находится N молекул, каждая из кото-

рых имеет электрический момент pi .

• Сконструируем выражение:

 

 

1

N

 

P

pi

(6)

V

 

i 1

 

•Оно называется вектором поляризации.

•Следовательно, вектором поляризации называется

суммарный дипольный момент

единицы объема

поляризованного диэлектрика.

 

• Опыт и теория показывают, что

 

P f (E)

• При небольших напряженностях поля

P

E

0

 

Здесь электрическая восприимчивость.

ность диполей ориентироваться вдоль величина табличная.

(7)

Это способполя. Эта

4. Связь между модулем вектора поляризации и поверхностной плотностью связанных зарядов

• Поместим однородный диэлектрик, вырезанный в

форме прямого параллелепипеда, в однородное электрическое поле ( рис.7).

• Вследствие поляризации на его основаниях, имеющих площадь S , возникнут связанные (поляризационные)

 

q

q

заряды

 

и

 

.

q

 

P

 

 

 

L

Рис. 7

q

 

 

 

 

• Будем

рассматри-

 

вать этот образец

E

поляризованного диэ-

лектрика как макро-

 

скопический диполь.

S

• Его

дипольный

момент:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P q L

 

 

•Объем образца V S L

•Дипольный момент макроскопического диполя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

q L

 

q L

σ

 

P σ

V

SL

 

 

 

 

 

Т.е. модуль вектора поляризации численно поверхностной плотности σ связанных зарядов.

(8)

равен

5. Вектор электрического смещения. Теорема Гаусса для поля в диэлектрике

• Анализируя

формулы

напряженности

полей,

создаваемых электрическими зарядами в вакууме и в веществе, мы приходим к выводу, что в веществе поле

слабее, чем в вакууме в

 

раз.

 

E

E

0

 

 

 

(9)

• Это означает, при переходе электростатического

поля из вакуума в вещество (или из одного вещества в другое) линии напряженности обрываются и их густота будет иная, чем в вакууме или в предыдущем веществе ( рис. 8).

вакуум первый

 

диэлектрик

 

 

1

 

 

Е

Е

0

 

1

Рис. 8

первый вакуум диэлектрик

 

 

1

 

 

D

D

Рис. 9

 

второй

• Введем

 

 

 

 

вектор

 

диэлектрик

электрического сме-

 

 

 

 

 

 

2

щения (вектор

D

).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Е

 

 

D 0 E

 

 

 

(10)

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• В соответствии с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

формулой (10)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

второй

 

 

D

0

E

 

 

(11)

 

диэлектрик

 

 

0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

D1 1 0 E1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

1 0

E0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

отсюда имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D1 0 E0

• Аналогично:

 

E0

 

 

 

 

 

E

D2 2 0 E2 2 0

 

D

 

 

2

0 0

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• Таким образом, как это следует из (11), (12), (13),

D

D

D

D

0

1

2

 

•Итак, делаем заключение:

•При переходе из одной среды в другую величина и

направление вектора

D

не изменяются.

(12)

(13)

(14)

• Этот вывод подкреплен формулами (11), (12), (13) и

рисунком 9.

• Введем физическую величину, называемую потоком

вектора электрического смещения:

 

 

 

 

 

 

ФD (D, dS ) 0

(E, dS )

 

(15)

 

S

S

 

 

• Запишем теорему Гаусса

для потока

вектора

напряженности электрического поля и умножим обе её

части на

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

:

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

N

 

 

 

 

0

 

 

(E, dS )

 

 

i

 

0

 

 

 

 

 

 

 

q

 

 

 

 

 

 

S

 

0

i 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(16)

• Однако, в соответствии с (15),

 

левая часть (16)

представляет поток вектора

D

 

через замкнутую

 

 

 

 

поверхность

S

.

 

 

 

 

 

, получаем:

• Сокращая в левой части (16) на

0

D

 

 

 

N

 

i

 

 

 

 

 

 

Ф

=

 

(D,dS) =

 

q

 

(16)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

 

i=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• Поток вектора электрического смещения через любую

замкнутую поверхность, охватывающую электрические заряды, равен алгебраической сумме свободных электрических зарядов, содержащихся внутри этой поверхности.

• Это и есть теорема Гаусса для потока вектора D .

• В такой форме теорема Гаусса верна для электро-

статического поля как для однородной и изотропной, так и для неоднородной и анизотропной сред.

• В дифференциальной форме теорема Гаусса для

потока вектора D имеет вид:

divD

(17)

 

 

6.Электрическое поле внутри диэлектрика

•Сообщим параллельным пластинам, между которыми вакуум, одинаковый по величине, но разный по знаку заряд, поверхностная плотность которого σ .

•Между пластинами возникнет поле напряженностью

(рис. . 10) .

 

+

σ

+

 

+

 

+

 

+

 

+

E

0

 

E0

-

-

-

- - -

σ

 

σ

 

-

+

 

 

 

 

 

+

E

 

-

 

 

+

0

-

 

 

 

 

 

 

+

 

 

-

+

 

 

 

 

-

 

 

 

+

E

+

+ + + +

-

E

 

-

0

-

 

 

 

 

 

-

 

 

-

 

 

-

Рис. 10

Рис. 11

• Поместим в это поле диэлектрик (рис. 11). Он

поляризуется.

• В диэлектрике

(поляризационных)

 

 

 

которых

 

.

σ

 

 

возникнет

поле

E

связанных

зарядов, поверхностная плотность

 

 

 

 

 

 

 

 

E

σ

(18)

 

 

 

0

 

 

 

 

• Поле связанных зарядов будет иметь направление

противоположное направлению поля в вакууме (рис.11).

• Суммарное поле в диэлектрике:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E E E

или

E E

 

σ

 

0

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

• Однако

 

 

 

причем

 

P E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

σ P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• С учетом этих замечаний (19) запишем в виде:

(19)

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]