Напряженность и потенциал. Связь между ними.

Напряженность поля - величина равная отношению силы, действующей на заряд, помещенный в данную точку поля, к ве­личине этого заряда. Е=F/q. Потенциал поля - физическая величина, равная отношению потенциальной энер­гии, которой обладает заряд, помещен­ный в данную точку поля, к величине этого заряда. j=W/q. Напряженность - это силовая характеристика поля. Потен­циал - это энергетическая характеристика поля. Работа по перемещению единично­го точечного положительного заряда из одной точки в другую находится на рас­стоянии dl от точки 1. DA=1×E₁dl=E₁dl, с другой стороны данная работа равна убыли потенциальной энергии dA=-dj, E_x=-dj/dj, E_y=-dj/dy, E_z=-dj/dz. E=E_xi+E_yj+E_zk=(dj/dx)×i+(dj/dy)×j+(dj/dz)×k=

=-grad j. Напряженность поля численно равна grad потенциала, знак минус определяет­ся тем, что напряженность направлена в сторону убывания потенциала.

Параллельные и последовательные со­единения конденсатора.

Параллельное соединение. При этом со­

единении конденсаторов потенциал од­ной обкладки j₁, другой j₂. q_общ=q₁+q₂+q₃, C=q/(j₁-j₂), C_общ=C₁+C₂+C₃.

Последовательное соединение. При этом

соединении вторая обкладка первого конденсатора образует с первой обклад­кой второго конденсатора единый про­водник, на котором возникают индуциро­ванные заряды постоянной величины, равной заряду на первой обкладке. j_{конечное} - j_{начальное}=q/C_овщ

1) 1/С_овщ=1/С₁+1/С₂+1/С₃

Диэлектрики. Поляризация

Диэлектрики или изоляторы - это вещества в кото­рых отсутствуют свободные носители зарядов. Ес­ли диэлектрик внести в эл. поле, то и поле и сам диэлектрик существенно изменят свои свойства. Так как диэлектрик состоит из атомов в состав ко­торых входят положительные и отрицательные за­ряды. Для расстояний, больших, чем размеры ато­ма, суммарные действия электронов эквивалентно действию их суммарного заряда, помещенного в какую-то точку внутри атома. Эта точка называется центром тяже­сти отрицательных зарядов. Аналогично происхо­дит с положительными зарядами. Т.е. можно счи­тать, что внутри атома находятся две точки сосредоточенными положительным и отрицатель­ным зарядами. Эти точки могут либо совпадать, либо не совпадать. Молекулы у которых они сов­падают - неполярные (собственный электрический момент Р=0), у которых не совпадают - полярные (Р¹0). Собственным электрическим или дипольным моментом системы состоящей из двух одина­ковых по величине и разноименных зарядов называется векторная величина, численно равная произведению величины заряда на плечо диполя (расстояние между зарядами) P=ql. P направлен от минуса к плюсу. В отсутствии внешнего эл.поля дипольные моменты молекул либо равны 0, для неполярных, либо ориентированы в про­странстве хаотическим образом. В итоге суммар­ный эл. момент диэлектрика равен 0. Поляризацией диэлектрика называется процесс ориентации

диполей или появление под воздействием эл. поля ориентированных по полю диполей.

Виды поляризации диэлектрика.

Поляризованность.

Поляризация бывает: 1) Электронная или деформационная поляризация диэлектрика с неполярными молекулами, заклю­чается в возникновении у атомов индуцированно­го дипольного момента за счет деформации элек­тронных орбит; 2) Ориентационная или дипольная поляризация диэлектрика с полярными молекула­ми, заключается в ориентации имеющихся дипольных моментов молекул по полю; 3) Ионная поляризация диэлектрика с ионными кристаллическими решетками, заключающаяся в смещении подрешетки положительных ионов вдоль поля, а отрицательных - против поля, приводящем к воз­никновению дипольных моментов. Под действием эл. поля диэлектрик поляризуется, т.е. его суммарный эл. момент становится отлич­ным от 0. Для характеристики поляризации ди­электрика пользуются векторной величиной - поляризованностью, которая определяется как дипольный момент единичного объема P=SP_i/_DV. Для диэлектриков любого типа вектор поляриза­ции пропорционален напряженности эл. поля Р=ce₀E, где c-диэлектрическая восприимчивость вещества (величина безразмерная).

Проводники в электрическом поле.

Проводник – вещество, способное проводить эл. ток, т.е. вещество в котором существуют свободные но­сители зарядов. Свободные заряды могут перемещаться внутри про­водника под действием сколь угод­но малой силы. Равновесие заряда в проводнике возможно только при выполнении следующих условий: 1) на заряд не действуют силы, т.е. эл. поле внутри проводника отсутст­вует (Е=0), 2) Сила, действующая на поверхность проводника, равна 0 (Е_t=0), (Е=Е_n). Силовая линия должна быть перпендикулярна по­верхности проводника. Поверхность проводника - это эквипотенциаль­ная поверхность. При помещении проводника в эл. поле свободные за­ряды оказываются под действием эл. сил, которые заставляют дви­гаться положительные заряды вдоль поля, отрицательные - против поля. На правой границе накапливается (+) заряды, на левой (-) заряды, т.е. происходит перераспределение за­рядов. Эти заряды наз. индуциро­ванными. Индуцированные заряды создают поле, направленное против внешнего поля. Это поле препятст­вует перемещению эл. зарядов. При сообщении проводнику какого либо заряда, он распределяется по по­верхности проводника так, чтобы напряженность эл. поля внутри про­водника была =0. Увеличение заря­да приводит к возрастанию напря­женности эл. поля, следовательно, в такое же число раз возрастает по­тенциал проводника.