Электростатическое поле в диэлектриках. (Лекция 4)

1. Лекция 4

Электростатическое
поле в диэлектриках

2. Проводники и диэлектрики

Проводники – вещества, в которых
сколь угодно малое электрическое
поле может вызывать перемещение
зарядов на сколь угодно большие
расстояния.
Диэлектрики – вещества, в которых
сколь угодно большое электрическое
поле может вызывать перемещение
зарядов только на расстояние,
сравнимое с размером молекулы.

3. Электрический диполь

ll
r
E
E
E
E
r
1
q
l
2
rpe q l 4 0 r31 3cos
Электрический диполь
+q
θ
~θ
-q
- электрический дипольный момент, Кл·м

4. Диполь во внешнем однородном электростатическом поле

F
q
E
F
F
0
p
e
E
l
N
[
;
F
]
2
p
F
q
E
N
N
[
l
;
q
E
]
q
E
lN
e
pe;E
N
peE
sin
Диполь во внешнем однородном
электростатическом поле
_

5. Электрический диполь в неоднородном электростатическом поле

E
F
F
1F
p
E
( 2F
q
E
)
1
2
d
d
rl) r p
Электрический диполь в
неоднородном
электростатическом поле
dE
F ( ; p ) er
dr

6. Энергия диполя во внешнем электрическом поле

dE
F ( ; p) er
dr
We Fdr E p
Энергия диполя минимальна при
E p
- устойчивое равновесие

7. Диэлектрик во внешнем электростатическом поле

Кристалл
_
_
Полярная молекула
Неполярная молекула

8. Поляризация диэлектрика

К
л
1
м2
P
V
p
e
ii P
Поляризация диэлектрика
Ориентационная
_
_
Ионная
_
_
_
_
Электронная
_
_
_
_
_
_

9. Поляризация диэлектрика

с
в
я
з
с
в
я
з
с
в
я
з
с
в
я
з
1
P
P
p
P
E
с
в
я
з
e
i
0
E
2
E
V
в
н
у
т
.
п
л
.
i
0
0
q l
l
связ S
сE
в
з
я
E
внеш
.в
нут
.
Поляризация диэлектрика
– диэлектрическая восприимчивость диэлектрика

10. Поляризация диэлектрика

E
E
E
E
E
в
н
е
ш
.в
н
у
т
.
в
н
е
ш
.в
н
у
т
.
P
P
в
уE
н
т
.вн
0
0
P
E
E
E
(
1
)
E
.E
е
ш
0
1внеш. E
Поляризация диэлектрика
– диэлектрическая проницаемость

11. Поле внутри диэлектрика уменьшается в ε раз

1
q
E
еE
т
о
гн
ч
н
о
_
з
а
р
я
д
2
4
r
0
q
Ф
E
d
S
E
0
S
и
т
2
r
0
п
лоскт
и
2 0
Поле внутри диэлектрика
уменьшается в ε раз
div ( E )
0

12. Поляризация диэлектрика с учётом теплового движения

E
в
н
е
ш
.
E
вн
ут
.
Поляризация диэлектрика с
учётом теплового движения
_
_
_
_
_
_
Ориентационная поляризация

13. Сегнетоэлектрики и пироэлектрики

E
вн
еш
.
Сегнетоэлектрики и пироэлектрики
сегнетоэлектрик
пироэлектрик
сегнетоэлектрический
домен
Сегнетова соль: KNaC4H4O6*4H2O; калий-натрий тартрат,
двойная натриево-калиевая соль винной кислоты

14. Электрическое смещение

E
E
в
н
е
ш
.в
н
у
т
.
E
D
P
0
P
P
E
0
D
E
0
E
P
D
(
1
)
E
0
0
К
л
м2
внеш
. D
в0н
ут
.0внеш
.
Электрическое смещение

15. Поле внутри диэлектрика уменьшается в ε раз

1
q
E
т
он
еи
ч
гт
н
з
о
_
а
р
я
д
2
4
r
q
0
Ф
E
d
S
E
0
S
2
r
0
D
E
0
1
q
D
E
2
п
лоскт
и
4
r
2 0
Поле внутри диэлектрика
уменьшается в ε раз

16. Теорема Гаусса для вектора электрического смещения

Ф
D
d
S
D
D
dSФ
S
1
q
2
4
r
S
1
q
2
4 24 r q
D
Теорема Гаусса для вектора
электрического смещения

17. Теорема Гаусса для вектора электрического смещения

S
1
Ф
1
S2d2iv(DS S)D dS с воб0q
12
Теорема Гаусса для вектора
электрического смещения
Поток вектора электрического смещения через
произвольную замкнутую поверхность равен
алгебраической сумме свободных зарядов, заключенных
внутри этой поверхности

18. Электрическое поле в веществе с переменной диэлектрической проницаемостью

(x,yz)
idiv(D
d
v (
E
)0P
) 0
0ссввоябз
с0вяз
Электрическое поле в веществе
с переменной диэлектрической
проницаемостью

19. Преломление силовых линий электрического поля

свE
П
о
к
л
ь
у
н
е
т
и
к
а
х
з
а
р
я
д
о
в
П
с
к
о
л
ь
у
н
е
т
с
в
о
б
д
н
ы
х
з
а
р
я
д
о
в
г 1 р2ацы
д
рзделп
еD
р
ё
г
а
и
ц
ы
р
а
з
е
л
n1 n2t E
E
n
1
n
2
n
1
2
g
g
11
1
12
tg1
2
Преломление силовых линий
электрического поля