Электрическое поле в диэлектриках

Свободные заряды, имеющиеся в любом проводнике, перемещаются под действием внешнего электрического поля и спустя очень малый промежуток времени создают поле, полностью компенсирующее внешнее. Поэтому напряженность электрического поля внутри проводника (при отсутствии тока) равна нулю.

Термин “диэлектрики” был введен Фарадеем. Диэлектриком является любая среда (газ, жидкость или твердое тело), в которой длительное время может существовать электрическое поле. В отличие от проводников в диэлектриках отсутствуют свободные электрические заряды. Т.е. диэлектриками называют тела в которых заряды не могут перемещаться из одной части в другую

Электрическое смещение

В неоднородной диэлектрической среде имеет различные значения, изменяясь на границах диэлектриков скачкообразно (претерпевая разрыв). Это затрудняет применение формул, описывающих взаимодействие зарядов в вакууме. Что касается теоремы Гаусса, то в этих условиях она вообще теряет смысл. В самом деле, благодаря различной поляризуемости разнородных диэлектриков напряженности поля в них будут различными. Поэтому различно и число силовых линий в каждом диэлектрике (рис.14.6).

Часть линий, исходящих из зарядов, окруженных замкнутой поверхностью, будет заканчиваться на границе раздела диэлектриков и не пронижет данную поверхность. Это затруднение можно устранить, введя в рассмотрение новую физическую характеристику поля – вектор электрического смещения

(14.8)

Вектор направлен в ту же сторону, что и . В отличие от напряженности поля вектор имеет постоянное значение во всех диэлектриках. Поэтому электрическое поле в неоднородной диэлектрической среде удобнее характеризовать не напряженностью , а смещением . С этой целью вводится понятие линий вектора и потока смещения, аналогично понятию силовых линий и потока напряженности

или

Используя теорему Гаусса

домножим обе части на

С учетом (14.8) получаем

Это уравнение выражает теорему Гаусса для вектора электрического смещения: полный поток вектора электрического смещения через произвольную замкнутую поверхность равен сумме свободных зарядов, заключенных в этой поверхности

Связанные заряды

Если в электрическое поле E₀, создаваемое свободными зарядами , поместить диэлектрик, то он поляризуется и на поверхности появляется нескомпенсированный заряд с поверхностной плотностью . Нескомпенсированные заряды, появляющиеся в результате поляризации диэлектрика, называются связанными. Этим термином подчеркивается, что свобода перемещения связанных зарядов ограничена. Они могут смещаться лишь внутри электрически нейтральных молекул. При однородной поляризации в объеме диэлектрика происходит компенсация положительных и отрицательных зарядов молекул, и никаких макроскопических связанных зарядов не появляется.

Связанные заряды, возникающие на поверхности диэлектрика, создают электростатическое поле внутри диэлектрика. Это поле направлено в противоположную сторону внешнему полю E₀ . Результирующее поле внутри диэлектрика : E = E₀ - E^', где E^' - поле, создаваемое связанными зарядами:

Таким образом, результирующее поле внутри диэлектрика:

Поиск по сайту: