АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Пластина диэлектрика в плоском конденсаторе

Читайте также:
  1. Диэлектрики. Свободные и связанные заряды. Поляризация диэлектриков. Роль диэлектриков в конденсаторе.
  2. Електронагрівальний елемент; 2 - нагрівальна пластина; 3 – металевий корпус; 4 – диск 5 і 9 – верхня та нижня кришки; 6 – термометр 7 – рухома скляна кришка; 8 – накладка.
  3. Кинетическая энергия при плоском движении
  4. Остеосинтез переломов верхней челюсти титановыми мини-пластинами.
  5. Поляризация диэлектрика
  6. Поляризация Диэлектриков. Типы Диэлектриков. Напряженность электрического поля в Диэлектриках.
  7. Поляризация света при отражении от диэлектрика. Закон Брюстера.
  8. Понятие о конденсаторе. Электроёмкость конденсатора. Энергия заряженного конденсатора. Емкость плоского конденсатора.
  9. При свободных колебаниях происходит периодическое превращение электрической энергии, запасенной в конденсаторе, в магнитную энергию катушки, и наоборот.
  10. РАЗРЯД В ВОЗДУХЕ ВДОЛЬ ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДОГО ДИЭЛЕКТРИКА

 

На рис. 9 изображен плоский конденсатор без диэлектрика (рис. 9а) и с диэлектриком (рис. 9б).

Рисунок 9

 

В конденсаторе без диэлектрика поле E0 создается свободными зарядами, т. е. зарядами, находящимися на пластинах конденсатора. В конденсаторе с диэлектриком поле E в объеме, занятом диэлектриком, является разностью двух полей: поля свободных зарядов (E0) и поля связанных зарядов (E') зарядов, появляющихся в результате поля­ризации диэлектрика:

(46)

 

 

(47)

 

Так как их поверхностная плотность s' меньше плотности s свободных зарядов плоскостей, то не все поле Е компенсируется полем зарядов диэлектрика: часть линий напряженности пройдет сквозь диэлектрик, другая же часть — обрывается на связанных зарядах. Следовательно, поляризация диэлектрика вызывает уменьшение в нем поля по сравнению с первоначальным внеш­ним полем. Вне диэлектрика Е = Е 0.

Таким образом, появление связанных зарядов приводит к возникновению допол­нительного электрического поля Е ' (поля, создаваемого связанными зарядами), кото­рое направлено против внешнего поля Е 0 (поля, создаваемого свободными зарядами) и ослабляет его. Результирующее поле внутри диэлектрика

(48)

Поле в диэлектрике

(49)

Выразим σ' через вектор поляризации

 

(50)

 

- дипольный момент пластины диэлектрика,

- объем пластины.

Тогда

(51)

С другой стороны

В результате

(52)

откуда

 

(53)

Из (53), следует, что поле в однородном и изотропном диэлектрике в (1+α) раз меньше, чем поле в вакууме Е0.

Обозначим

(54)

 

где - диэлектрическая проницаемость среды. Она показывает, во сколько раз поле ослабляется диэлектриком, и характеризует количественно свойство диэлектрика поляризоваться в электрическом поле.

В однородном изотропном диэлектрике, свойства которого не зависят от направления в пространстве (изотропность), электрическое поле ослабляется в ε раз:

(55)

 

Эта формула справедлива для аморфных, некристаллических диэлектриков. В кристаллах ситуация значительно сложнее.

24.

1) Электрическое смещение

Для удобства описания поля в диэлектрике вводят вспомогательный вектор - вектор электрического смещения

(56)

Вектор электрического смещения можно выразить как

(57)

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

Результирующее поле в диэлектрике описывается вектором напряжен­ности Е, и потому он зависит от свойств диэлектрика. Вектором D описывается электростатическое поле, создаваемое свободными зарядами. Связанные заряды, воз­никающие в диэлектрике, могут вызвать, однако, перераспределение свободных заря­дов, создающих поле. Поэтому вектор D характеризует электростатическое поле, создаваемое свободными зарядами (т. е. в вакууме), но при таком их распределении в пространстве, какое имеется при наличии диэлектрика.

Аналогично, как и поле Е, поле D изображается с помощью линий электрического смещения, направление и густота которых определяются точно так же, как и для линий напряженности.

Линии вектора Е могут начинаться и заканчиваться на любых зарядах — свободных и связанных, в то время как линии вектора Dтолько на свободных зарядах. Через области поля, где находятся связанные заряды, линии вектора D проходят не прерываясь.

Для произвольной замкнутой поверхности S поток вектора D сквозь эту поверх­ность

(58)

где Dn — проекция вектора D на нормаль n к площадке d S.

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.

(59)

В такой форме теорема Гаусса справедлива для электростатического поля как для однородной и изотропной, так и для неоднородной и анизотропной сред.

Для вакуума Dn = e 0 En (e =1), тогда поток вектора напряженности Е сквозь произ­вольную замкнутую поверхность (ср. с (81.2)) равен

(60)

Так как источниками поля Е в среде являются как свободные, так и связанные заряды, то теорему Гаусса (60) для поля Е в самом общем виде можно записать как

(61)

где — соответственно алгебраические суммы свободных и связанных зарядов, охватываемых замкнутой поверхностью S. Однако эта формула неприемлема для описания поля Е в диэлектрике, так как она выражает свойства неизвестного поля Е через связанные заряды, которые, в свою очередь, определяются им же. Это еще раз доказывает целесообразность введения вектора электрического смещения.

25.


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 |

Поиск по сайту:



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.004 сек.)