Існує макро- та мікроскопічний підхід до пояснення явища поляризації діелектриків.
Макроскопічний підхід вважає, що виходячи з ідентичного механізму поширення електромагнітного поля у вакуумі та діелектриках, можна передбачити, що діелектрики поводять себе як однорідні речовини, не зважаючи на свою атомно-молекулярну структуру. Тобто макроскопічні властивості речовин зумовлюються сукупним впливом атомів та молекул.
Мікроскопічний підхід покладено в основу електронної теорії Лоренца.
Розглянемо на макрорівні явища, які відбуваються в діелектрику, якщо його поміщено в однорідне електричне поле.
Розглянемо конденсатор, як джерело однорідного електричного поля. Нехай поверхнева густина зарядів на пластинах конденсатора σ, їхня площа S, відстань між пластинами − d (рис.4.3). У вакуумі електроємність конденсатора визначається:
(1),
але за означенням (2).
Прирівнявши (1) та (2), одержимо (3).
Якщо в конденсатор внести діелектрик з діелектричною проникністю ε, його ємність зміниться: (4).
Отже, при внесенні однорідного діелектрика електроємність конденсатора зростає в ε разів, оскільки у стільки ж разів зменшується напруженість електричного поля в діелектрику. Це явище пояснюють утворенням всередині діелектрика зв’язаних зарядів, які є причиною появи внутрішнього електричного поля , яке протилежно направлене до зовнішнього .
Напруженість електричного поля всередині діелектрика можна знайти, знаючи поверхневу густину індукованих зарядів σ/. Уявимо, що індуковане поле залишилось, а діелектрик вилучили з конденсатора, тоді , а результуюча напруженість (5). Прирівнявши (4) та (5):
(6).
Відзначимо, що саме поверхнева густина зарядів σ/ може бути характерним параметром поляризації. Але оскільки σ/ експериментально визначити неможливо, а також в силу історичних причин, за основний фізичний параметр прийнято вектор поляризації. З мікроскопічної точки зору вважалось, що під час поляризації діелектрика виникає величезна кількість елементарних диполів. Дипольний момент кожного з них , а якщо в одиниці об’єму діелектрика утворено n диполів, то сумарний (7).
Приймається, що , якщо точніше, то , де χ − діелектрична сприйнятливість діелектрика, яка характеризує здатність структурних одиниць діелектриків до поляризації. Сумарний же заряд на кожній грані діелектрика , тобто поверхнева густина (8). Тоді із порівняння (7) та (8) слідує, що (9).
Підставивши (9) у (5):
(10).
Нарешті з порівняння (10) та (4) одержимо, що
− ця формула встановлює зв’язок між основними макропараметрами χ та ε, які характеризують вплив діелектриків на величину напруженості поля в них.
Скориставшись теоремою Остроградського−Гаусса, для діелектрика можна записати, що:
, де Q − заряд на пластинах конденсатора, а Q/ − індукований заряд на діелектрику. Тоді, , де .
Запишемо останнє рівняння (11).
Вираз в дужках є вектором: , який називається вектором електричного зміщення або індукцією електричного поля.
Отже, вираз (12) − є математичним записом теореми Остроградського−Гаусса для електричного поля в діелектрику.
Пам’ятаючи, що , вираз (11) можна подати:
,
порівнюючи його з (12), зробимо висновок, що (13).
Одержаний вираз (13) встановлює зв’язок між вектором електричного зміщення чи індукцією електричного поля та його напруженістю.
Із цими матеріалами переглядають:
Будь яке копіювання, у тому числі окремих частин текстів чи зображень, публікування і републікування, передрук чи будь-яке інше поширення інформації fizmat.7mile.net, яким би способом воно не здійснювалося повинно мати обов’язкове пряме, відкрите для пошукових систем гіперпосилання на ресурс fizmat.7mile.net в першому абзаці. Будемо вдячні за розміщення кнопки сайту на Ваших ресурсах: <p><a href="http://fizmat.7mile.net/" target="_blank"><img src="http://fizmat.7mile.net/images/fizmat7milebl.png" width="170" height="40" alt="s5 logo" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;" /></a></p> |
Використовуючи наш веб-сайт, ви погоджуєтесь на наше використання файлів cookie Детальніше про cookies
Source: http://fizmatprov/Tablichni-dani/koefitsienti-linijnogo-rozshirennya-tverdikh-rechovin.html