Поляризация диэлектриков.
Поведение диэлектрика в целом в электрическом поле можно представить как поведение совокупности диполей.
Поляризованность диэлектрика определяется как геометрическая сумма дипольных моментов отдельных молекул, расположенных в единице объема DV:
Величиной характеризуют степень поляризации диэлектрика. Если внешнего поля нет, то векторы в полярном диэлектрике ориентированы хаотично за счет теплового движения и . При помещении однородного диэлектрика в поле равен сумме в единице объема:
где n – число диполей в единице объема (1/м3); - безразмерная величина, называемая, диэлектрической восприимчивостью.
В полученной формуле для не учитывается взаимодействие диполей между собой, т.е. диполи находятся далеко друг от друга, что имеет место, например, в газах.
Поляризация диэлектриков связана с перемещением электрических зарядов, а значит, и с накоплением зарядов в некоторых случаях. Если поляризация диэлектрика однородна, т.е. для всех DV диэлектрика, то внутри диэлектрика в одном направлении смещаются положительные заряды, а в противоположном – такое же количество отрицательных зарядов.
В итоге внутри однородно поляризованного диэлектрика суммарная величина избыточного заряда qизб будет равна нулю. Если диэлектрик поляризуется неоднородно, то в отдельных объемах будут возникать избыточные заряды, величину которых, как показывают расчеты, можно найти по формуле:
где – объемная плотность избыточных зарядов.
На границе же диэлектрика всегда возникают избыточные заряды, т.к. при включении поля от одной граничной поверхности уйдут положительные заряды и останется избыток отрицательных,
а от другой поверхности отойдут отрицательные заряды – окажутся в избытке положительные заряды. Величину избыточных положительных зарядов на одной из поверхностей диэлектрика можно найти как: |
где l – расстояние от одной грани диэлектрика до другой; n – число зарядов в единице объема; e – заряд электрона: считаем, что заряды, образующие диполи, равны заряду электрона, S – площадь поверхности, к которой смещаются заряды.
Произведение , - суммарный заряд, переместившийся в единице объема, произведение - есть суммарный дипольный момент единицы объема. Тогда:
Поверхностная плотность связанных избыточных зарядов:
Учитывая, что , имеем:
Заряды, возникающие в диэлектрике, при его неоднородной поляризации, называют связанными. Эти заряды не могут свободно перемещаться, как электроны в металле, они могут лишь смещаться.
Дата добавления: 2014-12-09; просмотров: 1181;