Электрическое поле в веществе

1. Поляризованность

Для количественного описания поляризации диэлектрика используется векторная величина - поляризованность, которая определяется как дипольный момент единицы объема диэлектрика:

 

В случае изотропного диэлектрика поляризованность (для большинства диэлектриков за исключением сегнетоэлектриков) линейно зависит от напряженности внешнего поля.

2. Восприимчивость

χ - диэлектрическая восприимчивость вещества, характеризующая свойства диэлектрика (положительная безразмерная величина).

3. Диэлектрическая проницаемость

Напряжённость результирующ поля внутри диэлектрика:

 

где безразмерная величина называется диэлектрической проницаемостью среды. Она характеризует способность диэлектриков поляризовываться в электрическом поле и показывает, во сколько раз напряжённость внешнего поля ослабляется в диэлектрике.

4. Теорема Остроградского-Гаусса для поляризованности

Теорема Гаусса для электростатического поля в диэлектрике: поток вектора смещения электростатического поля в диэлектрике сквозь произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме заключенных внутри этой поверхности свободных электрических зарядов. или для непрерывного распределения заряда в пространстве с объёмной плотностью ρ

5. Электростатическая индукция.

Для описания (непрерывного) электрического поля системы зарядов с учетом поляризационных свойств диэлектриков вводится вектор электрического смещения (электрической индукции),

 

Проводники и диэлектрики в электростатическом поле.

1. Электростатическая защита — помещение приборов, чувствительных к электрическому полю, внутрь замкнутой проводящей оболочки для экранирования от внешнего электрического поля. Это явление связано с тем, что на поверхности проводника (заряженного или незаряженного), помещённого во внешнее электрическое поле, заряды перераспределяются так, что создаваемое ими внутри проводника поле полностью компенсирует внешнее.

2. Перераспределение зарядов в хорошо проводящих металлах при действии внешнего электрического поля происходит до тех пор, пока заряды внутри тела практически полностью не скомпенсируют внешнее электрическое поле. При этом на противоположных сторонах проводящего тела появятся противоположные наведённые(индуцированные) зар.

3. Закон Фарадея: ЭДС электромагнитной индукции в контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную этим контуром:;;

 

 

4. Сегнетоэлектриками называют кристаллические диэлектрики, у которых в отсутствие внешнего электрического поля возникает самопроизвольная ориентация дипольных электрических моментов составляющих его частиц.Температура, выше которой исчезают сегнетэлектрические свойства — точка Кюри.

5. Зависимость намагниченности J от напряженности магнитного поля H ферромагнетике определяется предысторией намагничивания. Это явление называется магнитным гистерезисом.

6. Пьезоэлектрики — кристаллические диэлектрики, в которых при сжатии или растяжении возникает электрическая поляризация — прямой пьезоэффект. Обратный пьезоэффект — появление механической деформации под действием электрического поля. Электрострикция - деформация твердых, жидких и газообразных диэлектриков в электрическом поле, обусловленная их поляризацией и пропорциональная квадрату напряженности электрического поля. Электрострикция: неоднородное электрическое поле, применяется в качестве датчиков колебаний, зависит от квадрата напряженности поля, наблюдается во всех диэлектриках, не зависит от направления напряженности поля.

 

Электроемкость.

1. Физическая величина C, равная отношению заряда проводника к его потенциалу, называется электрической емкостью этого проводника C=q/

2. Конденсатор - устройство для накопления заряда и энергии электрического поля. Емкость тел зависит от присутствия других тел.

Емкость конденсатора — физическая величина, равная отношению заряда q, накопленного в конденсаторе, к разности потенциалов j₁ - j₂ между его обкладками: C=q/U.

Емкость плоского конденсатора (две параллельных плоскости, площадью S и с поверхностной плотностью зарядов s

 

Емкость цилиндрического конденсатора (два коаксиальных цилиндра длиной l с радиусами r₁ и r₂)

 

Емкость сферического конденсатора (две концентрических сферы с радиусами r₁ и r₂ ):

 

3. Соединение конденсаторов, их эквивалентная емкость

 

 

4. Элементарная работа, dA совершаемая внешними силами по преодолению кулоновских сил отталкивания при перенесении заряда dq из бесконечности на проводник, равна

 

Энергия заряженного уединенного проводника

 

Энергия заряженного конденсатора

 

 

5. В электрических полях на диэлектрики и проводники действуют пондеромоторные силы. Это силы, действующие на сторонние и связанные заряды в электрическом поле. Примеры таких сил: заряженный металлический шар (Кулоновские силы расталкивают заряды и пытаются растянуть поверхность) и диэлектрик в конденсаторе (происходит втягивание диэлектрика внутрь конденсатора).