Тема 3.3. Диэлектрики 3.3.1. Электрический диполь. Дипольный момент. Электрический момент системы зарядов

Силовые линии поля электрического диполя

Электрический диполь

rrl

lqp

rqrqrqrqp

-q +ql

p

l - плечо диполя:

p - электрический момент диполя:

r-r+

N

iiirqp

1

q1

q2

qi

Электрический момент системы из N зарядов:

ri

)0( q

Дипольный момент молекулы воды

Тема 3.3. Диэлектрики

3.3.2. Атомы в электрическом поле

1. Внешнее поле E = 0

l = 0; pат = 0

E

p E Ep

0

β – поляризуемость атома

[β] - ? [p] = [β] [ε0] [E]

Кл м = [β] Ф/м В/м

[β] = м3

Кл =Ф .В (q = C φ)

lqp

2. Внешнее поле:

l

3.3.3. Молекулы в электрическом поле

Тема 3.3. Диэлектрики

1. Неполярные молекулы (H2, N2, O2…)

Ep

0

EE = 0, p = 0

β – поляризуемость молекулы

p

EF

F hα hFM

EpM

EpE

0,0 T

p

Е

2. Полярные молекулы (HCl, NaCl, CO…)

N

iip

Np

1

1

0,0 0 pE

pЕ = 0

Средний электрический

момент молекул -

+

sinlqE sinpE

температура

Вращающий момент:

3.3.4. Поляризация диэлектриков. Вектор поляризации. Диэлектрическая восприимчивость вещества

Тема 3.3. Диэлектрики

Поляризация неполярного диэлектрика

Ориентационный механизм поляризации полярного диэлектрика

Е

Е0

Е`

E = E0 + E`

E < E0 (!)

E = E0 – E`

Поляризация диэлектрика

Внешнее поле

Суммарное поле в диэлектрике:

По модулю:

Поле поляризованных зарядов диэлектрика

Суммарное поле:

Ep

0

V

pNp

VP

ii

1

pnP

EnP

0

n

1][;][;1

][];][[][ 33

мм

nn

EP

0

Вектор поляризации (поляризованность

диэлектрика):

- диэлектрическая восприимчивость вещества

- вектор поляризации диэлектрика

n=N/V – концентрация молекул

3.3.5. Поле внутри диэлектрика

Тема 3.3. Диэлектрики

Диэлектрик уменьшает напряженность электрического поля.

QR

E0

00

QSdE

S

Q

E

l p

P+q

-q

R

QQSdES

0

1

qnlRQ 24

pql

0

20 4

QRE PRQSdE

S

2

0

41

PRQ 24

0

2

0

2 44

PR

QRE С учетом

направлений:

PEE

00

1

В вакууме:

В диэлектрике:

Ppn

0

220

2 444

PRRERE

3.3.6. Диэлектрическая проницаемость диэлектрика. Электрическая индукция (электрическое смещение)

Тема 3.3. Диэлектрики

PEE

00

1

EP

0 EEE

0

0)1( EE

1

0EE

1

0E

E

EE

0

00ED

ED

0

S

QSdD

S i

iqSdD

S

qi

диэлектрическая проницаемость диэлектрика

Поле в диэлектрике ослабляется !

Электрическое смещение (электрическая индукция):

QR

D

В общем случае:

теорема Гаусса

00

QSdE

S

3.3.7. Пьезоэлектрический эффект. Обратный пьезоэлектрический эффект

Тема 3.3. Диэлектрики

++

F F

Пьезоэлектрический эффект

+

F F

P ~ F

δ/2 δ/2

P ~ δ PEE

00

1

E ~ F

Обратный пьезоэлектрический эффект:

δ ~ E

0

Пьезоэлектрический эффект