Диэлектрики в электростатическом поле

Внутри диэлектрика может существовать электрическое поле!

Электрические свойства нейтральных атомов и молекул:

Нейтральный атом -положительный заряд (ядро) сосредоточен в центре;
- отрицательный заряд - электронная оболочка;
считается, что из-за большой скорости движения электронов по орбитам центр распределения отрицательного заряда совпадает с центром атома.

Молекула - чаще всего - это система ионов с зарядами противоположных знаков,
т.к. внешние электроны слабо связаны с ядрами и могут переходить к другим атомам.

Электрический диполь - молекула, в целом нейтральная, но центры распределения
противоположных по знаку зарядов разнесены; рассматривается, как совокупность двух точечных зарядов, равных по модулю и противоположных по знаку,
находящихся внутри молекулы на некотором расстоянии друг от друга.

Существуют 2 вида диэлектриков ( различаются строением молекул):

1) полярные - молекулы, у которых центры положительного и отрицательного зарядов
не совпадают (спирты, вода и др.);

2) неполярные - атомы и молекулы, у которых центры распределения зарядов совпадают (инертные газы, кислород, водород, полиэтилен и др.).

Относи́тельная диэлектри́ческая проница́емость среды ε — безразмерная физическая величина, характеризующая свойства изолирующей (диэлектрической) среды. Связана с эффектом поляризации диэлектриков под действием электрического поля (и с характеризующей этот эффект величиной диэлектрической восприимчивости среды). Величина ε показывает, во сколько раз сила взаимодействия двух электрических зарядов в среде меньше, чем в вакууме. Относительная диэлектрическая проницаемость воздуха и большинства других газов в нормальных условиях близка к единице (в силу их низкой плотности). Для большинства твёрдых или жидких диэлектриков относительная диэлектрическая проницаемость лежит в диапазоне от 2 до 8 (для статического поля).

Относительная диэлектрическая проницаемость вещества ε_r может быть определена путем сравнения ёмкости тестового конденсатора с данным диэлектриком (C_x) и ёмкости того же конденсатора в вакууме (C_o):

Практическое применение

Диэлектрическая проницаемость диэлектриков является одним из основных параметров при разработке электрических конденсаторов. Использование материалов с высокой диэлектрической проницаемостью позволяют существенно снизить физические размеры конденсаторов.

Ёмкость конденсаторов определяется:

где ε_r — диэлектрическая проницаемость вещества между обкладками, ε_о — электрическая постоянная, S — площадь обкладок конденсатора, d — расстояние между обкладками.

Параметр диэлектрической проницаемости учитывается при разработке печатных плат. Значение диэлектрической проницаемости вещества между слоями в сочетании с его толщиной влияет на величину естественной статической ёмкости слоев питания, а также существенно влияет на волновое сопротивление проводников на плате.

 

Векторкардиография — метод исследования сердца, основанный, как и электрокардиография, на регистрации изменений за сердечный цикл суммарного вектора электродвижущих сил сердца, но в проекции его не на линию (ось отведения), а на плоскость. Регистрируют векторкардиограмму (ВКГ) с помощью специального прибора — векторкардиографа.

Ход электрического возбуждения по миокарду отображается на ВКГ в виде трех основных петель — Р, QRS и Т (рис.), обозначенных по их соответствию зубцам Р и Т и комплексу QRS электрокардиограммы (см. Электрокардиография). Сопоставление ВКГ, записанных в трех и более взаимно непараллельных плоскостях, позволяет достоверно представить динамику суммарных векторов предсердий и желудочков сердца по времени в трехмерном пространстве. Для удобства анализа процесса возбуждения в предсердиях производят изолированную регистрацию петли Р с большим усилением (предсердная В.). Анализируют ВКГ по максимальной длине (максимальному вектору) и ширине петель, их форме, углам отклонения максимальных векторов от координатных осей плоскости регистрации и другим параметрам. Они существенно и определенным образом изменяются при гипертрофии предсердий и желудочков, блокадах сердца, инфаркте миокарда, гетеротопном ритме, что позволяет применять В. для диагностики этих форм патологии. Однако лишь в немногих случаях В. дает более ценную диагностическую информацию, чем электрокардиография. В широкой диагностической практике В. не используется. Ее применяют в основном в кардиологических отделениях для уточненной диагностики некоторых блокад и нарушений ритма сердца (при недостаточности данных электрокардиографии), гипертрофии и гиперфункции предсердий (с помощью предсердной В.), а также в научных исследованиях.

 

Основные характеристики магнитного поля.

Магнитным полем называют вид материи, под средавом кото-

рой осуществляется силовое воздействие на движущиеся

электрические заряды, помещенные в поле, и другие тела, обладающие магнитным моментом.

Магнитное поле есть одна из форм проявления электромагнитного поля.

Для магнитного поля необходимо вести качественную характеристику.

Для этого выбирают некоторый объект — «пробное тело», реагирующее на магнитное поле. В качестве такого тела достаточно взять малую рамку

(контур) с током, чтобы можно было считать, что рамка помеща-

ется в некоторую точку поля. Опыт показывает, что на пробную

рамку с током в магнитном поле действует момент силы М, зави-

сящий от ряда факторов, в том числе и от ориентации рамки. Максимальное значение Ммах зависит от Магнитного поля, в которомт находится контур, и от самого контура:силы тока протекающего по нему, и конткра S, охватываемым контуром.

М max =IS

Величину

Р m =IS

Называют магнитным моментом контура с током. Таким образом

М max = Р m

Магнитный момент — векторная величина,направлен перпендикулярно плоскости контура и связан с направлением тока I правилом правого винта.

Магнитный момент является харакмеристикой не только контура с током, но и многих элементарных частиц (протоны, нейтроны, электроны т. д.), определяя поведение их магнитном поле.

Единицей мгнитного момента служит ампер-квадратный метр (А* м2).

Магнитный момент элементарных частиц, ядер, атомов и молекул выражают в особых единицах, назваемых атомным () или ядерным ()магнетоном Бора.

Магнитная индукция в некоторой точке поля равна отношению максимального вращающего момента, действующая на рамку с током в однородном магнитном поле, к магнитному моменту этой рамки

 

В=М max/ P m

Единицей магнитной индукции является тесла (Тл).

Магнитное поле графически изображают с помощью линий магнитной индукции, касательные к которым называют направление вектора В.

Линии магнитной индукции не

имеют начала или конца и являются

замкнутыми.Подобное поле называется вихревым. Циркуляция вектора магнитной индукции по любой линии магнитной индукции не равна нулю.

Еденицей магнитного потока, является вебер.

1Вб=1Тл* м2.

Если магнитная индукция замкнуты, то магнитный поток= нулю.

Магнитное поле обладает энергией.

Если разомкнуть цепь контура, то исчезает ток, следовательно магнитное поле. При размыкании цепи возникает или дуговой разряд. Это означает, что энергия магнитного поля превратилась в другие энергии- световую, звуковую, тепловую.

 

Многие органы полностью или частично состоят из возбудимых клеток. Возбуждение этих клеток является причиной возникновения электрического поля в организме. Исследование этого поля имеет большое значение в клинической и теоретической медицине. Электрические поля различных органов достаточно подробно изучены, и существует ряд методов исследования, основанных на регистрации электрических полей определенных органов: электрокардиография (сердце), электромиография (мышцы), электроэнцефалография (мозг), электронейрография (нервные волокна), электрогастрография (желудок) и т.п. Основой электрографии органов и тканей являются некоторые понятия электростатики и электродинамики.

Проводники и изоляторы

Большинство веществ в природе по электропроводности можно разделить на проводники и изоляторы. Проводник - это вещество, в котором есть некоторое число сравнительно свободных зарядов, способных перемещаться под действием электрического поля (металлы, растворы электролитов). В изоляторе (бумага, стекло) все заряды сравнительно неподвижны.

Проводники имеют важную особенность - отсутствие разности потенциалов в объекте, если заряды не движутся. Следовательно, электрический потенциал при этом одинаковый во всех точках.

Биологические ткани довольно разнородны по электропроводности. Электрическое сопротивление мембран клетки достаточно велико. Они подобны изоляторам. Наоборот, внутриклеточная жидкость является проводником 2 рода, благодаря наличию в ней положительных и отрицательных ионов.

Электрический диполь

Электрическое поле, образующееся системами из нескольких положительных и отрицательных зарядов, имеет определённые специфические особенности. Простейшая из таких систем - электрический диполь - два равных по величине и противоположных по знаку электрических заряда, расположенные на некотором расстоянии друг от друга, называемом плечом диполя.

Многие атомы и молекулы представляют собой электрические диполи. Например, молекула. У неё избыток отрицательного заряда около кислородного атома и положительного - около водородных атомов.Молекула, в которой центры отрицательного и положительного заряда ядер не совпадают, является электрическим диполем.

 

Сила Лореца

Сила, действующая, согласно закону Ампера, на проводник с током в магнитном поле, есть результат его воздействия на движущиеся электрические заряды, создающие этот ток.

Сксрость направленного движения некоторого положительного заря

да q равна v. Сила, действующая на отдельный движущийся заряд, опрёделяется отношением сил F приложенной к проводнику с током, к общему числу N этих зарядов в нем.

Сила действующая со стороны магнитного поля на отдельный движущий электрический заряд.

Сила Лоренца всегда перпендикулярна плоскости в которой лежат векторы. Из механики извеtтно, что если перпендикулярна скорости, то она изменяет лишь ее направление, но не значение. Следовательно, сила Лоренца не изменяет кинетической энергии движущегося заряда и не совершает работы.

Если заряд неподвижен относительно магнитного поля или его

скорость параллельна(антипараллельна) вектору магнитной индукции, то сила Лоренца равна нулю.

Пусть в однородное магнитное поле перпендикулярно вектору

Индукции «В» влетает со скоростью v полёжительно заряженная час-

тица. На нее действует сила Лоренца, которая вызоветцентростремительное ускорение, и, по второму закону Ньютона,

 

где q и m — заряд и масса частицы, г — радиус траектории, по

которой она будет двигаться.

г = mv/(qB).

отсюда следует, что радиус траектории остается постоянным, а

сама траектория есть окружность.

Отношение q/m называют удельным

Зарядом частицы. Период вращения ее в

ном поле не зависит от радиуса

окружности и скорости, а определяется

только магнитной индукцией удельным

зарядом. Эту особенность используют в ускорители заряженных частиц- циклотроне.

Во многих системах (осциллограф, телевизор, электроннь

микроскоп) осуществляют управление электронами или другими N

заряженными частицами, воздействуя на них электрическими

магнитными полями, в этом случае основной расчетной формулой

является