Поляризація діелектриків (діелектрична поляризація)

1. Знайомство з явищем. Діелектрики послаблюють електричне поле.

2. Визначення явища. Усередині діелектрика електричне поле слабшає.

3. Умови перебігу явища. Явище спостерігається при будь-яких умовах.

4. Математичне опис явища. ε = Е₀/Е

5. Пояснення явища. В полярних діелектриках молекули являють собою диполь. Усередині діелектрика диполі вільно переміщатися не можуть, і при відсутності зовнішнього електричного поля (Е₀), вони тільки коливаються і обертаються біля вузлів кристалічної решітки (рисунок 11.4). Якщо такий діелектрик внести в електричне поле, то його диполі поляризуються -

Рисунок 11.5 Поляризація полярного діелектрика.

намагаються зорієнтуватися у напрямку силових ліній електричного поля (рисунок 11.5). Цій орієнтації заважає тепловий рух молекул, тому говорять про ступінь поляризації диполів. Чим потужніше поле, тим краще орієнтовані диполі в діелектрику, тобто мають більшу ступінь поляризації. При поляризації заряди всередині діелектрика взаємно компенсують

Рисунок 11.6 Зміщення центрів додатних і від’ємних заряді при внесені неполярного діелектрика у електричне поле.

один одного. А на краях діелектрика утворюються некомпенсовані заряди, які називають поверхневими зв’язаними зарядами які створюють власне електричне поле напруженістю Е_в, що має протилежний напрямок напруженості зовнішнього поля Е_з. За принципом суперпозиції ; Е=Е₀-Е_зв поле зв’язаних поверхневих зарядів діелектрика (Е_зв) послаблює зовнішнє поле всередині діелектрика (Е₀) стає меншим за зовнішнє.

Рисунок 11.7 Поляризація неполярного діелектрика.

Неполярні діелектрики – до них відносять H₂; N₂. і т.п. В таких діелектриках центри додатних і від’ємних зарядів молекул співпадають (додатній заряд - це заряд ядра атома, а від’ємний заряд – це заряд електронної хмари атому) (рисунок 11.6). При внесені неполярного діелектрика у електричне поле центри додатних і від’ємних зарядів атомів зміщуються. І далі такий атом поводиться як диполь (рисунок 11.7).

Визначення явища. Діелектрична поляризація - це зміщення електричних зарядів діелектрика під впливом зовнішнього електричного поля яке зумовлює виникнення внутрішнього електричного поля з протилежним напрямком, наслідком чого є послаблення прикладеного поля.

11.3 Вектор поляризації. Зв'язок між P і Е. Діелектрична сприйнятливість речовини

Вектор поляризації

1. Вектор поляризації – це основна кількісна характеристика діелектричної поляризації. Вона показує густину зв’язаних зарядів що утворюється на поверхні діелектрика при його електризації.

2. Визначення. Вектор поляризації - це дипольний момент одиниці об'єму діелектрика.

3. Це векторна величина

4. , де – сумарний дипольний момент всіх молекул в об’ємі ΔV – фізично безмежно малий об’єм, тобто об’єм, достатньо малий, щоб в його межах можна було вважати постійним макроскопічні величини (наприклад: напруженість поля, густину, температуру та інше), а з другої сторони повинен містити достатньо велику для усереднення кількість молекул.

Окрім того вектор поляризації є не що інше, як поверхнева густина зв’язаних зарядів.

5. В системі СІ вектор поляризації вимірюється [ P ] = Кл/м²=В/м.

Зв'язок між P і Е

Як відомо поверхневі зв’язані зарядистворюють власне електричне поле, яке послаблює зовнішнє. Тому поле всередині діелектрика можна знайти як

Е = Е₀ - Е_зв

З формули слідує, що Е₀=εЕ. Так, як Е_зв можна знайти як напруженість поля двох пластин, тобто або , то звідки або .

Позначимо , тоді , де χ – дістала назву діелектрична сприйнятливість речовини.

Дана формула справедлива для більшості діелектриків (за винятком сегнетоелектриків).

 

Діелектрична сприйнятливість речовини χ (капа)

1. Діелектрична сприйнятливість речовини характеризує податливість речовини явищу електричної поляризації.

2. Визначення. Діелектрична сприйнятливість речовини - це фізична величина пропорційна відношенню вектор поляризації до напруженості поля Е в діелектрику.

3. Це скалярна величина і для діелектриків, як правило, позитивна.

4.

5. Діелектрична сприйнятливість є безрозмірною величиною [ χ ] = 1.

Екранування телевізійного тюнера за допомогою металевої коробочки.

11.4 Умови рівноваги зарядів у провіднику. Потенціал провідника. Поле поблизу поверхні провідника. Розподіл зарядів по поверхні провідника. Електростатичний захист.