Диэлектрики в электрическом поле.

 У изолятора или диэлектрика электрические заряды, а точнее, электрически заряженные частицы — электроны и ядра в нейтральных атомах связаны друг с другом. Они не могут, подобно «свободным» зарядам проводника, перемещаться под действием электрического поля по всему объёму тела.

Различие в строении проводников и диэлектриков приводит к тому, что они по- разному ведут себя в электростатическом поле. Под действием внешнего электрического поля внутри диэлектрика возникает собственное электрическое поле.

Существующие диэлектрики можно разбить на два вида: полярные, состоящие из таких молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов не совпадают; неполярные, состоящие из атомов или молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов совпадают. Следовательно, молекулы у этих двух видов диэлектриков разные.

Поляризация полярных диэлектриков. Полярный диэлектрик состоит из молекул, которые можно рассматривать как электрические диполи.

Электрическим диполем называют систему двух равных по модулю, но противоположных по знаку зарядов, находящихся на некотором расстоянии друг от друга.

 Поместим диэлектрик в однородное электрическое поле. Со стороны этого поля на каждый электрический диполь будут действовать две силы, одинаковые по модулю, но противоположные по направлению. Они создадут момент сил, стремящийся повернуть диполь так, чтобы его ось была направлена по силовым линиям поля. При этом положительные заряды смещаются в направлении электрического поля, а отрицательные — в противоположную сторону. Смещение положительных и отрицательных связанных зарядов диэлектрика в противоположные стороны называют поляризацией.

Поляризация неполярных диэлектриков. Неполярный диэлектрик в электрическом поле также поляризуется. Под действием поля положительные и отрицательные заряды его молекулы смещаются в противоположные стороны и центры распределения положительного и отрицательного зарядов перестают совпадать, как и у полярной молекулы. Молекулы растягиваются. Такие деформированные молекулы можно рассматривать как электрические диполи, оси которых направлены вдоль поля. На поверхностях диэлектрика, примыкающих к заряженным пластинам, появляются связанные заряды противоположного знака, как и при поляризации полярного диэлектрика. В результате поляризации возникает поле, создаваемое связанными поляризованными зарядами и направленное против внешнего поля..

Поле внутри диэлектрика ослабляется. Степень ослабления поля зависит от свойств диэлектрика. Физическая величина, равная отношению модуля напряжённости поля Е₀ в вакууме к модулю напряжённости поля Е в диэлектрике, называется  диэлектрической проницаемостью вещества Ɛ.

При определенной напряженности внешнего поля может произойти разрушение связей в молекулах диэлектрика, происходит пробой.   Электрической прочностью диэлектрика понимают среднее значение напряженности электрического поля Епр, при которой в диэлектрике наступает электрический пробой.

Электрический пробой диэлектрика — это явление резкого роста электропроводности данного материала под действием приложенного к нему напряжения, с последующим образованием проводящего плазменного канала.

 Пробивным напряжением Uпр называется такое напряжение, при котором начинается электрический пробой, и значит электрическую прочность можно найти по следующей формуле (где d – толщина пробиваемого образца):

                                           Епр = Uпр/ d

Очевидно, пробивное напряжение в каждом конкретном случае связано с электрической прочностью рассматриваемого диэлектрика и зависит от толщины промежутка между электродами. Соответственно, с увеличением промежутка между электродами увеличивается и значение пробивного напряжения

Диэлектрики из-за сильных связей между заряженными частицами не имеют «свободных» частиц, как проводники. Под действием внешнего электрического поля они поляризуются и образуют свое внутреннее поле, направленное против внешнего, они ослабляют внешнее поле.

лекция 2