Дипольный момент диэлектрика

Что такое диэлектрик, при каких электрических полях и токах диэлектрик сохраняет свои свойства, какие материалы обладают свойствами диэлектриков и пригодны для изготовления изоляционных материалов? Это важно в различных областях народного хозяйства, в том числе и в медицине, где в настоящее время используется много высокотехнологичных современных приборов, в которых используются высокие напряжения и токи. Для того, чтобы они были безопасны для пациентов, медицинского персонала, в том числе по нормам пожарной безопасности. Это относится к и электропроводке в медицинских учреждениях, да и вообще в повседневной жизни.

В отличие от проводников, в которых существуют свободно передвигающиеся заряды, заряженные частицы в объеме диэлектриков смещаются лишь на небольшие расстояния относительно своих постоянных положений. Смещение атомной оболочки относительно ядра приводит возникновению диполей. Для понимания таких эффектов вводятся понятия дипольного момента диэлектрика и поляризации.

Дипольный момент диэлектрика аналогично моменту диполя определяется выражением:

, (8.8.1)

где - толщина диэлектрика, - заряд, наведенный на поверхности диэлектрика (рис.18.8). На рис.8.6 представлен момент силы, который стремится развернуть диполь вдоль силовых линий электрического поля. Он представляет собой векторные произведение векторов - дипольного момента М и электрического поля Е.

Рис.8.18. К объяснению дипольного момента , наведенного индукционного заряда , и вектора поляризации .

 
Пусть положительные и отрицательные заряды заполняют две сферы, которые в отсутствие внешнего электрического поля совмещены в одну сферу и заряды компенсируют друг друга. При включении постоянного внешнего электрического поля разноименно заряженные сферы, как бы смещаются друг относительно друга, образуя диполь (рис.8.18). Расстояние между их центрами составляет . Заряды, расположенные внутри шара объемом V, компенсируют друг друга, а на поверхности шара концентрируются заряды разных знаков, называемые индуцированными зарядами . Соответственно дипольный момент диэлектрика представляет собой произведение образовавшегося индуцированного заряда на величину их смещения (8.8.1).

Контрольные вопросы к лекции №8:

1. Как возникло понятие электрического заряда? Приведите примеры.

2. В чем смысл закона сохранения электрического заряда?

3. Что общего и чем различаются проводники, изоляторы и полупроводники?

4. Сформулируйте закон Кулона. В чем смысл диэлектрической проницаемости вакуума ε0?

5. Что такое электрическое поле? Напряженность электрического поля.

6. Электрический диполь и его применение на практике?

7. Теорема Гаусса. Приведите примеры ее использования.

8. Дайте определение потенциала. Как он связан с энергией и величиной электрического поля?

9. Объясните смысл электрической емкости. Конденсаторы.

10. Как работает электронно – лучевая трубка?

11. Как связан потенциал и электрическое поле?

12. Последовательное и параллельное соединение конденсаторов. Вывести формулы.

13. Энергия электрического поля плоского конденсатора.

14.

 
Принцип суперпозиции в электричестве.


[1] В настоящее время известно четыре вида взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое

 

[2] Американский ученый и государственный деятель Бенджамин Франклин (1706 – 1790) условно назвал их положительным и отрицательным. Хотя какой из них как назвать – было абсолютно безразлично.

 

[3] Д,Д.Томсоном и В.Вином в 1897 году были проведены исследования по отклонению катодных лучей в электрическом и магнитном поле. В них было измерено отношение заряда частицы к его массе. Анализируя результаты экспериментов, было установлено, что катодные лучи - это поток частиц, масса которых примерно в 2000 раз легче атома водорода.

[4] Величину заряда измерил в 1913 году американский физик Р.Милликен.

[5] Замкнутой системой в данном случае называют систему, в которой количество зарядов, пришедших извне, равно числу зарядов, покинувших систему.

 

[6] Первым его экспериментально установил в 1771 году Г.Кавендиш (1731 -1810), богатый английский лорд, для которого эксперименты представляли развлечение.. Мысль о том, что сила взаимодействия зарядов обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними, была высказана в 1759 году петербургским академиком немецкого происхождения Ф.Эпинусом (1724 -1802), а также в 1767 году немецким философом Д.Пристли. Кулон, по- видимому, не зная об опытах Кавендиша, открыл закон самостоятельно.

[7] Понятие электрического поля ввел английский ученый Майкл Фарадей (1791 – 1867).

[8] Телевизор был создан российским ученым Зварыкиным, начавшим свою научную деятельность в Санкт- Петербурге, но в начале двадцатых годов прошлого столетия выехавшим в США.