Лекция 10 Диэлектрики

1.

Диэлектрики
Иллюстративный материал к
лекции №10
понедельник, 23 июня, 2025

2.

Работа электрического поля в
произвольном случае
dr
Выражаем поле через
потенциал

3.

Электрический диполь – это простейшая
электрическая система из двух одинаковых по модулю
разноименных точечных зарядов +q и –q, находящихся на
некотором малом расстоянии l (плечо диполя).
Момент диполя:
−
+
+q
l
В общем случае
-q

4.

Напряженность электрического поля диполя
Е
Еθ
r−
q−
P
r
θ
С l
r>>l
Еr
Результирующее поле:
r+
q+
Поле на оси (θ=0):
Поле перпендикулярно оси (θ=p/2):
Потенциал:

5.

Металлический проводник в
электростатическом поле
+
+
+
-
+
+
-
+
-
+
+
+

6.

-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-

7.

Когда металлический проводник вносится в
электрическое поле , то происходит следующее :
1.Свободные электрические заряды перераспределяются
таким образом , что напряженность электрического
поля внутри проводника становится равным нулю.
2.Внутри проводника нет свободных электрических
зарядов, они располагаются только на внешней
поверхности проводника (если бы заряды были
внутри проводника , то напряженность поля внутри
проводника не равнялась бы нулю.)
3.Поверхность проводника ,помещенного в
электростатическое поле, является
эквипотенциальной поверхностью , потому что
силовые линии внешнего электрического поля
вблизи проводника перпендикулярны поверхности
проводника.

8.

9.

Диэлектрики
• Диэлектрики - это вещества, не содержащие
свободных заряженных частиц, т.е. таких
заряженных частиц, которые способны свободно
перемещаться по всему объему тела. Поэтому
диэлектрики не могут проводить электрический
ток.
• Диэлектриками являются многие твердые тела
(фарфор, янтарь, эбонит, стекло, кварц, мрамор и
др.),
некоторые
жидкости
(например,
дистиллированная вода) и все газы.
• По
внутреннему
строению
диэлектрики
разделяются на полярные и неполярные.

10.

Виды диэлектриков
Полярные
Молекулы-диполи
Неполярные
HCl
H2

11.

Строение полярных диэлектриков ( воды)
+H
-O
+H
В молекуле воды ионы водорода
расположены асимметрично, под
углом 104 - 109 градусов
друг к другу.
Центры положительных и
отрицательных зарядов не
совпадают друг с другом
Образуется диполь
-q
+q

12.

Диэлектрики в электрическом поле
полярные
Стороннее электрическое поле
ориентирует диполи
неполярные

13.

Под действием внешнего электрического поля происходит
поляризация диэлектрика.
Вектор поляризации диэлектрика - это величина, равная
отношению суммы дипольных моментов
всех молекул,
содержащихся в элементе объема
, к этому объему
Вектор поляризации
поля
зависит от внешнего электрического
где
(каппа) – диэлектрическая восприимчивость ( способность
диэлектрика к поляризации).

14.

По принципу суперпозиции электрическое поле в диэлектрике:
Вектор электрического смещения D характеризует электрические
свойства среды.
Величина
называется относительной диэлектрической
проницаемостью. Показывает, во сколько раз ослабляется поле в
диэлектрике по отношению к полю в вакууме.
Окончательно вектор электрического смещения:

15.

Поляризация диэлектриков
--
+
+
+
+ +
+ +
+ ++
Поляризация — ограниченное
смещение связанных зарядов
+
Д
+ + + --
поверхностная
плотность заряда,
Кл/м2

16.

Cложные диэлектрики
- объемные доли компонентов
- диэлектрические проницаемости компонентов
Последовательное
соединение
Параллельное
соединение
Хаотическое
распределение

17.

Электроемкость
+Q
Электроемкость С – это коэффициент
пропорциональности между зарядом
и потенциалом:
Измеряется в фарадах (Ф)
Электроемкость шара (сферы):
Потенциал поверхности:
j
Емкость:

18.

Конденсаторы
Если недалеко от заряженного проводника находится другой проводник, то
из-за явления электростатической индукции ёмкость проводника меняется
(возрастает)
Конденсатор – это два проводника (две обкладки),
находящихся вблизи друг друга
Плоский
Сферический
Цилиндрический
18

19.

Ёмкость конденсатора
Ёмкость зависит от формы, размеров обкладок, их взаимного
расположения и диэлектрической проницаемости среды
Ёмкость плоского конденсатора:
Сферический
Цилиндрический

20.

Соединения конденсаторов
параллельное
U одинаково
последовательное
q одинаковый

21.

Энергия заряженного
проводника
Работа внешних сил по переносу заряда dq
идёт на увеличение энергии проводника:
С 2
W
2
21

22.

Энергия заряженного проводника
С 2
W
2
q2
W
2C
q
W
2
Энергия заряженного конденсатора:
2
2
СU
qU q
W
2
2
2C
22

23.

Объёмная плотность энергии электростатического поля
Энергия электростатического поля проводника или
конденсатора локализована в той области пространства, где создано
электростатическое поле
Объёмной плотностью энергии называется
энергия единицы объёма пространства:
Для плоского конденсатора:

24.

Объёмная плотность энергии электростатического поля
w
0 E
2
2
2
ED D
2
2 0