Диэлектрики в электростатическом поле

Сентябрь 14, 2022

Главная
Физика
Диэлектрики в электростатическом поле

Содержание

2. Электрический диполь – это система из двух равных по величине и противоположных по знаку зарядов, расстояние
3. Диполь в электрическом поле
4. Диполь в неоднородном электрическом поле Под действием силы F свободный диполь стремится переместится в область наибольшей
5. Виды диэлектриков Первая группа диэлектриков называются неполярными (азот, водород, кислород и т.д.). Дипольный момент равен нулю.
6. Вторая группа диэлектриков (вода, окись углерода, метан) – полярные диэлектрики, их молекулы обладают дипольным моментом, который
7. Третью группу диэлектриков (NaCL, KCL, KBr) образуют так называемые ионные кристаллы, представляющие собой кристаллические решетки с
8. Поляризация диэлектрика - это переход его в такое состояние, когда внутри малого объёма вещества геометрическая сумма
9. В твердых кристаллических диэлектриках типа NaCl, имеющих ионную кристаллическую решётку, возможна ионная поляризация.
10. Во внешнем электрическом поле диэлектрик поляризуется, т.е. приобретает отличный от нуля дипольный момент , где дипольный
11. Способность вещества изменять свою поляризованность под действием внешнего электрического поля характеризует диэлектрическая восприимчивость . Опыт показывает,
12. Согласно принципу суперпозиции полей напряженность поля в диэлектрике будет определяться по формуле: Поляризация диэлектрика
13. Так как поле создается заряженными плоскостями, то где - поверхностная плотность связанных зарядов. Результирующая электростатического поля
14. Величина характеризует электрические свойства диэлектрика. Физический смысл диэлектрической проницаемости среды: ε – величина, показывающая во сколько
15. Сегнетоэлектрики. Некоторые химические соединения в твердом состоянии имеют весьма необычные электрохимические свойства. Сегнетоэлектрики имеют аномально большие
16. Пьезоэлектрический эффект. Опыт показывает, что в некоторых кристаллах поляризация может возникать не только под действием электрического
17. Если на грани кристалла наложить металлические электроды (обкладки) то при деформации кристалла на обкладках возникнет разность
18. Возможен и обратный пьезоэлектрический эффект: Возникновение поляризации сопровождается механическими деформациями. Если на пьезоэлектрический кристалл подать напряжение,
19. Вектор электрического смещения Имеем границу раздела двух сред с ε1 и ε2, так что, ε1 или
20. Главная задача электростатики – расчет электрических полей, то есть в различных электрических аппаратах, кабелях, конденсаторах,…. Эти
21. Для упрощения расчетов была введена векторная величина – вектор электрического смещения (электрическая индукция). Из предыдущих рассуждений
22. Dn1 = Dn2. Таким образом, вектор остается неизменным при переходе из одной среды в другую и
23. Зная и ε, легко рассчитывать
24. отсюда можно записать: – вектор поляризации, χ – диэлектрическая восприимчивость среды, характеризующая поляризацию единичного объема среды.
25. Для точечного заряда в вакууме Для имеет место принцип суперпозиции, как и для , т.е.
26. Поток вектора электрического смещения. Пусть произвольную площадку S пересекают линии вектора электрического смещения под углом α
27. В однородном электростатическом поле поток вектора равен:
28. Теорему Гаусса для вектора D получим из теоремы Гаусса для вектора E :
30. Скачать презентацию

Слайд 2

Электрический диполь – это система из двух равных по величине

и противоположных по знаку зарядов, расстояние между которыми во много раз меньше расстояний до рассматриваемых точек.
Вектор l, направленный по оси диполя от отрицательного заряда к положительному, и равный расстоянию между зарядами, называется плечом диполя.
Вектор ,
называется дипольным моментом или электрическим моментом диполя.

Слайд 3

Диполь в электрическом поле

Слайд 4

Диполь в неоднородном электрическом поле
Под действием силы F свободный диполь стремится

переместится в область наибольшей напряженности поля.

Кроме вращающего момента, будет действовать сила F.

Слайд 5

Виды диэлектриков
Первая группа диэлектриков называются неполярными (азот, водород, кислород и

т.д.).
Дипольный момент
равен нулю.

Слайд 6

Вторая группа диэлектриков (вода, окись углерода, метан) – полярные диэлектрики,

их молекулы обладают дипольным моментом, который неравен нулю.

Слайд 7

Третью группу диэлектриков (NaCL, KCL, KBr) образуют так называемые ионные

кристаллы, представляющие собой кристаллические решетки с правильным чередованием ионов различных знаков. Дипольный момент отличен от нуля.

Слайд 8

Поляризация диэлектрика - это переход его в такое состояние, когда

внутри малого объёма вещества геометрическая сумма векторов дипольных электрических моментов молекул неравна 0. Такой диэлектрик называется поляризованным.
Поляризация диэлектриков с полярными молекулами называется ориентационной. Она уменьшается с повышением температуры.
Поляризация диэлектриков с неполярными молекулами называется деформационной или электронной поляризацией.

Слайд 9

В твердых кристаллических диэлектриках типа NaCl, имеющих ионную кристаллическую решётку,

возможна ионная поляризация.

Слайд 10

Во внешнем электрическом поле диэлектрик поляризуется, т.е. приобретает отличный от

нуля дипольный момент ,
где дипольный момент отдельной молекулы.
Степень поляризованности макроскопического тела принято характеризовать вектором поляризации , который в случае однородно поляризованного тела, определяется как дипольный момент единицы объема тела:

Слайд 11

Способность вещества изменять свою поляризованность под действием внешнего электрического поля

характеризует диэлектрическая восприимчивость .
Опыт показывает, что для большинства веществ (исключение сегнетоэлектрики),
где - диэлектрическая восприимчивость, величина безразмерная, больше нуля и составляет несколько единиц, хотя есть и исключения (вода, спирт).

Слайд 12

Согласно принципу суперпозиции полей напряженность поля в диэлектрике будет определяться

по формуле:

Поляризация диэлектрика

Слайд 13

Так как поле создается заряженными плоскостями, то
где - поверхностная плотность

связанных зарядов.
Результирующая электростатического поля в диэлектрике равно внешнему полю, деленному на диэлектрическую проницаемость среды ε:

Слайд 14

Величина характеризует электрические свойства диэлектрика.
Физический смысл диэлектрической проницаемости среды:
ε –

величина, показывающая во сколько раз электростатическое поле внутри диэлектрика меньше, чем в вакууме:

Слайд 15

Сегнетоэлектрики.
Некоторые химические соединения в твердом состоянии имеют весьма необычные электрохимические

свойства.
Сегнетоэлектрики имеют аномально большие значения диэлектрической проницаемости ( ).
Диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектриков является нелинейной функцией напряженности электрического поля.
Диэлектрическая проницаемость зависит не только от напряженности электрического поля, но и от предыстории образца, т.е. его предшествующей поляризации. Другими словами наблюдается диэлектрический гистерезис.
Сегнетоэлектрические свойства сильно зависят от температуры. Для каждого сегнетоэлектрика имеется определенная температура выше которой его необычные свойства исчезают. Эта температура получила название точки Кюри.

Слайд 16

Пьезоэлектрический эффект.
Опыт показывает, что в некоторых кристаллах поляризация может возникать

не только под действием электрического поля, но и под действием механических напряжений. Это явление, получило название пьезоэлектрического эффекта или пьезоэффекта.
Если из кристалла кварца вырезать определенным образом пластинку и сжимать (растягивать) её в направлении перпендикулярном к оптической оси, то в ней возникает поляризация, и на поверхности пластинки появляются поляризованные заряды. Опыт показывает, что при изменении знака деформации, т. е. при переходе от растяжения к сжатию, знак поляризационных зарядов изменяется.

Слайд 17

Если на грани кристалла наложить металлические электроды (обкладки) то при деформации

кристалла на обкладках возникнет разность потенциалов.
Если замкнуть обкладки, то потечет ток.

Структурная ячейка

Слайд 18

Возможен и обратный пьезоэлектрический эффект:
Возникновение поляризации сопровождается механическими деформациями.
Если на

пьезоэлектрический кристалл подать напряжение, то возникнут механические деформации кристалла, причем, деформации будут пропорциональны приложенному электрическому полю Е0.

Слайд 19

Вектор электрического смещения
Имеем границу раздела двух сред с ε1 и ε2,

так что, ε1 < ε2.

или
Напряженность электрического поля E изменяется скачком при переходе из одной среды в другую.

Слайд 20

Главная задача электростатики – расчет электрических полей, то есть в различных

электрических аппаратах, кабелях, конденсаторах,….
Эти расчеты сами по себе не просты да еще наличие разного сорта диэлектриков и проводников еще более усложняют задачу.

Слайд 21

Для упрощения расчетов была введена векторная величина – вектор электрического смещения

(электрическая индукция).
Из предыдущих рассуждений E1ε1 = ε2E2 тогда ε0ε1E1 = ε0ε2E2 отсюда и

Dn1 = Dn2.

Слайд 22

Dn1 = Dn2.
Таким образом, вектор остается неизменным при переходе из

одной среды в другую и это облегчает расчет

Слайд 23

Зная и ε, легко рассчитывать

Слайд 24

отсюда можно записать:
– вектор поляризации,
χ – диэлектрическая восприимчивость среды,

характеризующая поляризацию единичного объема среды.

где

Слайд 25

Для точечного заряда в вакууме
Для имеет место принцип суперпозиции, как

и для , т.е.

Слайд 26

Поток вектора электрического смещения.
Пусть произвольную площадку S пересекают линии вектора электрического

смещения под углом α к нормали:

Слайд 27

В однородном электростатическом поле
поток вектора равен:

Слайд 28

Теорему Гаусса для вектора D получим из теоремы Гаусса для вектора

E :

Диэлектрики в электростатическом поле

Содержание

Электрический диполь – это система из двух равных по величине

Диполь в электрическом поле

Диполь в неоднородном электрическом полеПод действием силы F свободный диполь стремится

Виды диэлектриков Первая группа диэлектриков называются неполярными (азот, водород, кислород и

Вторая группа диэлектриков (вода, окись углерода, метан) – полярные диэлектрики,

Третью группу диэлектриков (NaCL, KCL, KBr) образуют так называемые ионные

Поляризация диэлектрика - это переход его в такое состояние, когда

В твердых кристаллических диэлектриках типа NaCl, имеющих ионную кристаллическую решётку,

Во внешнем электрическом поле диэлектрик поляризуется, т.е. приобретает отличный от

Способность вещества изменять свою поляризованность под действием внешнего электрического поля

Согласно принципу суперпозиции полей напряженность поля в диэлектрике будет определяться

Так как поле создается заряженными плоскостями, тогде - поверхностная плотность

Величина характеризует электрические свойства диэлектрика. Физический смысл диэлектрической проницаемости среды: ε –

Сегнетоэлектрики. Некоторые химические соединения в твердом состоянии имеют весьма необычные электрохимические

Пьезоэлектрический эффект. Опыт показывает, что в некоторых кристаллах поляризация может возникать

Если на грани кристалла наложить металлические электроды (обкладки) то при деформации

Возможен и обратный пьезоэлектрический эффект:Возникновение поляризации сопровождается механическими деформациями. Если на

Вектор электрического смещенияИмеем границу раздела двух сред с ε1 и ε2,