Презентация на тему Типы и поэлиризация диалектиков

В зависимости от вида молекул диэлектрики делятся на три

Диэлектриком называется вещество, не проводящее электрический ток. Основное свойство диэлектрика – способность поляризоваться во внешнем электрическом поле.

вещества, молеку­лы которых имеют асимметричное строение (H2O, CO,...).

Молекулы таких диэлектриков в отсутствие внешнего электрического поля обладают дипольным моментом. Они называются полярными.

При отсутствии внешнего поля суммарный дипольный момент равен нулю. Под действием внешнего поля молекулы ориентируются одинаково, и в результате возникает результирующий момент.

как совокупность двух подрешеток, который под действием внешнего поля

У всех трех видов диэлектриков под действием внешнего поля появляется дипольный (электрический) момент. Это явление называется поляризацией.

Третью группу диэлектриков составляют вещества, молекулы которых имеют ионное строение (NaCl, KCl ...) . Ионные кристаллы представляют собой простра­нственные решетки с правильным чередованием ионов разных знаков.

ориентации диполей или появления под воздействием внешнего электрического поля

Соответственно трем группам диэлектриков различают три вида поляризации:

Электронная, или деформационная поляризация.
Она заключается в возникновении у атомов дипольного момен­та за счет деформации электронных орбит.

Электроны деформированных оболочек образуют с положительными зарядами ядер атомов пару взаимно связанных зарядов, которые называются упругими диполями.

молекулами.
Она заключается в ориентации имеющихся

3. Ионная поляризация диэлектриков с ионными кристаллическими решетками, заклю­чающаяся в смещении подрешетки положительных ионов вдоль поля, а отрицатель­ных — против поля, приводящем к возникновению дипольных моментов.

При помещении диэлектрика во внешнее электрическое поле он

Для количественного описания поляризации диэлектрика пользуются векторной величиной — поляризованностью.
Поляризованность – дипольный момент единицы объема диэлектрика.

Поляризованность Р линейно зависит от напряженности поля Е:

— диэлектрическая восприимчивость вещества, характеризующая свойства ди­электрика.

электрическое поле Е0.

Под действием поля диэлектрик поляризуется, т.

Диэлектрическая проницаемость

плотность связанных зарядов σ'. Полный дипольный момент пластинки диэлектрика:
-

С другой стороны:

Приравняем и получим:

диэлектрической проницаемостью среды.

ε показывает, во сколько раз

в диэлектрике
Вектор напряженности Е, переходя

Вектор электрического смещения можно записать еще как:

Единица электрического смещения — кулон на метр в квадрате (Кл/м2).

поток вектора D сквозь эту поверх­ность определяется выражением:
Dn —

Теорема Гаусса для электростатического поля в диэлектрике:

- «поток вектора смещения электростатического поля в диэлектрике сквозь произ­вольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме заключенных внутри этой поверхности свободных электрических зарядов».

Вектором D описывается электростатическое поле, создаваемое свободными зарядами.

поверхность равен:
Для вакуума:
- теорема Гаусса для вакуума.

определенном интервале температур спонтанной (самопроизвольной) поляризованностью.
При отсутствии внешнего электрического

Суммарный дипольный момент диэлектрика равен нулю.

При внесении сегнетоэлектрика во внешнее поле происходит переориентация дипольных моментов доменов по полю

под действием даже небольшого электрического поля определяет высокие значения

Диэлектрическая проницаемость зависит от температуры и напряженности электрического поля.

Особенности сегнетоэлектриков

наблюдается явление гистерезиса.
Это явление определяет большие потери энергии.

Явление диэлектрического гистерезиса:

Р0 - остаточная поляризованность.

EC - коэрцитивная сила.

зависят от температуры.
Для каждого

Потери на гистерезис, как и доменная поляризация, существуют лишь до точки Кюри.
При нагревании выше этой температуры доменная структура исчезает и наблюдается резкое снижение tgδ.

и поликристаллические вещества с ярко выраженным пьезоэффектом.

Обратный пьезоэффект состоит в том, что приложение к пластине постоянного напряжения вызывает в ней деформацию.

Пьезоэлектрики называют активными диэлектриками и применяют в датчиках давления и смещения.

ионы.
При отсутствии внешних механических напряжений дипольный момент ячейки равен

Растяжение или сжатие приводит к тому, что на двух противоположных гранях кристалла возникают электрические заряды.

Принцип действия

Рассмотрим уединенный проводник, т. е. проводник, который

Величина

Емкость уединенного проводника определяется зарядом, сообщение которого проводнику изме­няет его потенциал на единицу.

называется электроемкостью уединенного проводника.

(Ф): 1 Ф — емкость такого уединенного провод­ника, потенциал

Потенциал уединенного шара радиуса R, находящегося в однород­ной среде с диэлектрической проницаемостью ε, равен:

Eмкость шара:

Отсюда следует, что емкостью 1 Ф обладал бы уединенный шар, находящийся в ваку­уме и имеющий радиус R=C/(4πε0)≈9⋅106 км, что примерно в 1400 раз больше радиуса Земли.

размерах и небольших относительно окружающих тел потенциалах накапливать значительные

Конденсатор состоит из двух проводников, разделенных диэлектриком:

Конденсаторы бывают:
плоские - две плоские пластины;
2) цилиндрические - два коаксиальных цилиндра;
3) Сферические - две концентрические сферы.

физическая величина, равная отноше­нию заряда Q, накопленного в конденсаторе,

1. Рассчитаем емкость плоского конденсатора, состоящего из двух параллельных металлических пластин площадью S каждая, расположенных на расстоянии d друг от друга и имеющих заряды +Q и –Q .

Заменив Q=σS, получим выражение для емкости плоского конденсатора:

полых коаксиаль­ных цилиндров с радиусами r1 и r2 (r2

Емкость цилиндрического конденсатора:

концентрических обкладок, разделенных сферическим слоем диэлектрика.

Емкость конденсатора любой формы прямо пропорциональна диэлектрической проницаемости диэлектрика, заполняющего пространство между обкладками.

Емкость сферического конденсатора:

разность потенциалов на обкладках конденсаторов одинакова и равна ϕA

а заряд батареи конденсаторов:

Полная емкость батареи:

обкладок равны по модулю, а разность потенци­алов на зажимах

Для любого из рассматриваемых конденсаторов Δϕi = Q/Сi.

т. е. при последовательном соединении конденсаторов суммируются величины, об­ратные емкостям.

Рассмотрим связь между векторами Е и

Построим вблизи границы раздела диэлектриков 1 и 2 небольшой замкнутый прямоугольный контур ABCDA длины l .

Циркуляция вектора Е:

Е проекциями вектора D, деленными на ε0ε, получим:
Тогда:

ничтожно малой высоты, одно основание которого находится в первом

Согласно теореме Гаусса:

Значит:

на ε0ε, получим:
Выводы:
При переходе через границу раздела двух диэлектрических

D :
Эта формула показывает, что, входя в диэлектрик с

Найдем связь между углами α1 и α2 .

Разложим векторы E1 и E2 у границы раздела на тангенциальные и нормальные составляющие.

Если проводник поместить в электростатическое поле, то это поле

Заряды будут перемещаться до тех пор, пока не установится равновесное распределение зарядов, при котором электростатическое поле внутри проводника обращается в нуль.

Тогда напряженность поля во всех точках внутри проводника будет равна нулю:

Отсутствие поля внутри проводника означает, что потенциал во всех точках внутри проводника постоянен (ϕ = const), т. е. поверхность проводника в электростатическом поле является эквипотенциальной.

проводника в некотором объеме, ограниченном произвольной замкнутой поверхностью, равен:
так

Со­гласно теореме Гаусса, этот поток (DΔS) равен сумме зарядов (Q=σΔS), охваты­ваемых поверхностью: DΔS=σΔS т.е.

ε — диэлектрическая проницаемость среды, окружающей проводник.

поле внести нейтральный проводник, то свободные заряды будут перемещаться:

Процесс будет происходить до тех пор, пока напряженность поля внутри проводника не станет равной нулю, а линии напряжен­ности вне проводника — перпендикулярными его поверхности.