Диэлектрики в электростатическом поле (лекция 3.2)

1.

Лекция 3
Диэлектрики в
электростатическом поле (2 ч)
Литература:
Трофимова Т.И. Курс физики

2.

Летучка
1. Из чего состоит конденсатор?
2. Напишите формулу для электроемкости конденсатора
через напряжение и опишите все параметры,
входящие в формулу
3. Какие бывают виды конденсаторов?
4. Напишите формулу для электроемкости плоского
конденсатора и опишите все параметры, входящие в
формулу
5. Напишите формулу для энергии конденсатора

3.

Вопросы:
1. Диэлектрики
2. Поляризация диэлектрика
3. Диэлектрическая проницаемость

4.

В 1729 г. английский физик Стефан Грей
обнаружил, что электрический заряд может
перемещаться по одним телам и не перемещаться
по другим. Например, по металлической проволоке
электричество в его опытах распространялось, а по
шелковой нити нет. С тех пор все вещества стали
делиться
на
проводники
и
непроводники
электричества. Последние были названы Фарадеем
диэлектриками.

5.

6.

Вопрос 1. диэлектрики
Диэлектриком называют вещество, которое не проводит
электрический ток, следовательно в это веществе отсутствуют
свободные заряженные частицы (т.е. таких заряженных частиц,
которые способны свободно перемещаться по всему объёму
тела). Такими частицами могли бы быть электроны, но в
идеальном диэлектрике все электроны связаны с ядром атома,
т.е. принадлежат отдельным атомам, и свободно перемещаться
по телу не могут. Чтобы нарушить эту связь, нужны сильные
воздействующие факторы.
Но
это
не
значит,
что
диэлектрик
помещенный
в
электростатическое
поле,
не реагирует на него, что в нем ничего не происходит.

7.

Вопрос 2. Поляризация диэлектрика
Самое основное свойство диэлектриков: способность к
поляризации.
Поляризацией диэлектрика называется процесс
ориентации диполей или появления под
воздействием внешнего электрического поля
ориентированных по полю диполей.

8.

Электрическая поляризация
Индуцированная
электрическим
полем
Микроскопическая
Упругая
(деформационная)
Тепловая
(релаксационная)
Электронная
Электронная
Ионная
Ионная
Дипольная
Дипольная
Макроскопическая
Объемно-зарядная
(миграционная)
Вызванная
неэлектрическим
воздействием
Существующая
без внешних
воздействий
Пьезополяризация
Спонтанная
Пирополяризация
Остаточная
Фотополяризация

9.

10.

Откуда появляется поляризация?
Всякая молекула представляет собой систему с
суммарным зарядом, равным нулю. Поведение
молекулы во внешнем электрическом поле
эквивалентно диполю. Положительный заряд
такого диполя равен суммарному заряду ядер,
помещён в «центр тяжести» положительных
зарядов;
отрицательный
заряд
равен
суммарному заряду электронов и помещён в
«центр тяжести» отрицательных зарядов.

11.

12.

13.

14.

Типы диэлектриков
1. Диэлектрики с полярными молекулами
2. Диэлектрики с неполярными молекулами
3. Диэлектрики, молекулы которых имеют
ионное строение (ионные кристаллы)

15.

Молекулы, которые образованы атомами одного и того
же элемента будут неполярными, как неполярны и сами
связи в них. Так, молекулы Н2, F2, N2 неполярны.
Молекулы, которые образованы атомами разных
элементов, могут быть полярными и неполярными. Это
зависит
от
геометрической
формы.
Если форма симметрична, то молекула неполярна
(BeH2, BF3, CH4, CO2, SO3), если асимметрична (из-за
наличия
неподелённых
пар
или
неспаренных
электронов), то молекула полярна (NH3, H2O, SO2, NO2).

16.

17.

Неполярные молекулы

18.

Полярные молекулы

19.

20.

21.

22.

Вопрос 3.
Величина ε показывает, во сколько раз сила взаимодействия двух электрических
зарядов в среде меньше, чем в вакууме. Относительная диэлектрическая
проницаемость воздуха и большинства других газов в нормальных условиях близка к
единице (в силу их низкой плотности).