Файл: fiz_1_1_mekh_otnosit_vm_i_as_rab_var_1_09_12.doc

Заряды, входящие в состав молекул диэлектрика, прочно связаны друг с другом и под действием внешнего поля могут лишь немного смещаться в противоположные стороны.

9.13.1.1. Два типа диэлектриков - полярные и неполярные

Полярные - центры "+" заряда и центры "-" заряда смещены, например, в молекуле воды H₂O. Модель полярного диэлектрика жесткий диполь:

Дипольный момент молекулы:

Неполярные диэлектрики - центры распределения "+" и "-" зарядов совпадают, молекула (атом) симметричны. Например, атом водорода. У него в отсутствии поля центр распределения отрицательного заряда совпадает с положением положительного заряда. При включении поля положительный заряд смещается в направлении поля, отрицательный - против поля:

модель неполярного диэлектрика - упругий диполь:

Дипольный момент этого диполя пропорционален электрическому полю

9.13.2. Поляризованность диэлектрика (вектор поляризации) - это дипольный момент единицы объема:

- дипольный момент одной молекулы. У диэлектриков любого типа

α - диэлектрическая восприимчивость (безразмерная величина).

9.13.3. Пластина диэлектрика в плоском конденсаторе На следующих рисунках изображен плоский конденсатор без диэлектрика (рис. а) и с диэлектриком (рис. б). В конденсаторе без диэлектрика поле E₀ создается свободными зарядами, т. е. зарядами, находящимися на пластинах конденсатора. В конденсаторе с диэлектриком поле E в объеме, занятом диэлектриком, является разностью двух полей: поля свободных зарядов (E₀) и поля связанных зарядов (E'):

Поле в диэлектрике

Выразим σ' через вектор поляризации (9.13.2)

- дипольный момент пластины диэлектрика, - объем пластины. Тогда

С другой стороны (9.13.2),

В результате

откуда: поле в однородном и изотропном диэлектрике

в 1 + α раз меньше, чем поле в вакууме Е₀. Обозначим

- диэлектрическая проницаемость.

В однородном изотропном диэлектрике, свойства которого не зависят от направления в пространстве (изотропность), электрическое поле ослабляется в ε раз:

Эта формула справедлива для аморфных, некристаллических диэлектриков. В кристаллах ситуация значительно сложнее.

9.13.4. Вектор электрического смещения Для удобства описания поля в диэлектрике вводят вспомогательный вектор - вектор электрического смещения

9.13.4.1. Плотность энергии электрического поля в диэлектрике

сравните с (9.11.1).

Вводя D, получим:

9.13.4.2. Теорема Гаусса для вектора Из(9.4.3):

, или .

В вакууме D = ε₀E,

Это выражение справедливо и для поля в диэлектрике, если q_i- свободные заряды.

10. Постоянный электрический ток

Электрический ток - это упорядоченное движение электрических зарядов, в металле - электронов. Ток, не изменяющийся со временем, называют постоянным.

10.1. Сила тока

За время dt переносится заряд dq.

Единица силы тока - ампер.

10.2. Плотность тока

, dI - сила тока, проходящего через площадку dS₁.

10.2.1. Связь плотности тока и скорости упорядоченного движения зарядов

За время dt через площадку dS пройдут заряды, отстоящие от нее не дальше чем на vdt. Заряд dq, прошедший за dt через dS:

где q₀ - заряд одного носителя; n - число зарядов в единице объема; dS·v·dt - объем.

Сила тока:

Плотность тока (10.2):

Вектор направлен как и вектор.

10.3. ЭДС источника Для поддержания постоянного замкнутого тока при наличии сил, тормозящих движение носителей, необходимо компенсировать носителям заряда потери энергии, т.е. совершать над ними работу. Работа электростатического поля (9.6.2) по замкнутой траектории: