Электростатика. Диэлектрики. Диэлектрическая поляризация. (Лекция 3)

1. Ограниченное движение зарядов

Под действием внешнего поля могут быть следующие виды движения частиц вещества:

Заряды называются связанными, в результате их движения (смещения) происходит диэлектрическая поляризация вещества.

Вещества, у которых под действием электрического поля преобладающим является процесс смещения связанных зарядов, называются диэлектриками.

2. Неограниченное перемещение зарядов в объеме вещества.

Заряды называются свободными, в результате их движения возникает электрический ток

Вещества, у которых под действием электрического поля преобладающим является процесс неограниченного движения зарядов, называются проводниками.

Все вещества проводят электрический ток. Диэлектрики проводят ток в 1015-1020 раз хуже, чем проводники.

H2

Под действием внешнего поля заряды в неполярной молекуле смещаются относительно друг друга: положительные по полю, отрицательные против поля. Молекула приобретает дипольный момент, пропорциональный напряженности поля. При этом, положительные и отрицательные заряды, как бы связаны упругими силами. Неполярная молекула ведет себя во внешнем поле как упругий диполь.

HCl

Действие внешнего поля на полярную молекулу сводится в основном к стремлению повернуть молекулу так, чтобы ее дипольный момент установился по направлению поля. На дипольный момент внешнее поле практически не влияет. Полярная молекула ведет себя во внешнем поле как жесткий диполь.

Вектор поляризации - это макроскопическая характеристика, которая определяется напряженностью поля, вызывающего поляризацию

- связанные в пределах диэлектрика;

- свободные в пределах диэлектрика

- свободные вне пределов диэлектрика

сторонние заряды

Общее поле в диэлектрике называется микроскопическим или истинным и определяется суперпозицией полей, созданных сторонними и связанными зарядами:

Объемная плотность заряда отлична от нуля в неоднородных диэлектриках, т.е. в таких диэлектриках, у которых вектор поляризации имеет различные значения по объему.

+

+

+

+

–

+

+

+

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

+

+

+

+

2. Поле в диэлектрике с напряженностью

Таким образом, поле в диэлектрике оказывается меньше поля вне диэлектрика.

Поле в диэлектрике связано с внешним полем соотношением

Связанные заряды появляются в диэлектрике под действием поля сторонних зарядов. На электрическое поле сторонних зарядов накладывается поле связанных зарядов.

Формула малопригодна для нахождения Е, т.к. справа q является суммой сторонних и связанных зарядов, которые в свою очередь определяются величиной неизвестной Е.

Теорема Гаусса: с учетом введенной характеристики поля может быть записана в виде:

Задача: найти метод учета всех возникающих при поляризации связанных поляризационных зарядов.

Рассмотрим неоднородную диэлектрическую среду, в которой имеются свободные (сторонние) заряды

Поле сторонних зарядов поляризует среду, возникают связанные заряды с распределением, зависящим от свойств диэлектрика.

В итоге получим:

запишем:

Получили два интеграла по поверхности. Объединим их

Теорема Гаусса выступает как частный случай постулата Максвелла

В дифференциальной форме (вывод совпадает с проведенным ранее для теоремы Гаусса) постулат Максвелла выглядит так:

Постулат Максвелла выражает закон создания электрических полей действием зарядов в произвольных средах

1. . Это условие непрерывности нормальных составляющих вектора смещения на границе раздела двух сред

3. Это условие непрерывности тангенциальных составляющих вектора напряженности на границе раздела двух сред.

Это граничное условие разрывного изменения тангенциальных составляющих вектора смещения при переходе через границу раздела двух сред.