Поляризаційні заряди - Студопедія
Розглянемо, як змінюється електричне поле у присутності діелектрика, у чому полягають причини зміни. Як прилад для виявлення заряду використовуємоелектрометр(див. рис. 3.2).
Мал. 3.2. При піднесенні незарядженого діелектрика
показання зарядженого електрометра зменшуються та
знову відновлюються при видаленні діелектрика
Якщо замість діелектрика до електрометра наближати провідник, спостерігається подібне явище. Тут причиною зменшення показань електрометра є електростатична індукція – поділ електричних зарядів на провіднику в електричному полі зарядженого провідника електрометра. Значить, при внесенні незарядженого діелектрика в електричне поле також з'являються заряди. Зменшення показань електрометра свідчить про ослаблення електричного поля під впливом зарядів на діелектриці. Відповідно, на ближній до зарядженого провідника електрометра стороні поверхні діелектрика з'являються заряди протилежного знака, а на дальній – того ж знака.
Заряди, що виникають усередині та (або) на поверхні діелектрика при поміщенні його в електричне поле називаютьсяполяризаційними. Виникнення поляризаційних набоїв ілюструє рис. 3.3.
Мал. 3.3. Модель неполяризованого (а) та
поляризованого (б) діелектрика
При поляризації на рис. 3.3 позитивні зв'язані заряди кожної молекули зміщуються праворуч під впливом поля, а негативні – вліво. В однорідному діелектрику щільність молекул однакова обсягом діелектрика. Тому всередині обсягу діелектрика позитивні та негативні зв'язані заряди взаємно компенсують один одного. На бокових поверхнях такої компенсації немає.
Висновок:При поляризації однорідного діелектрика з'являються поверхневі поляризаційні заряди.
Якщо діелектрик – неоднорідний, то щільність молекул не постійна обсягом діелектрика. Тому обсягом діелектрика компенсація позитивних і негативних пов'язаних зарядів не досягається.
Висновок:При поляризації неоднорідного діелектрика в ньому з'являються ще й об'ємні поляризаційні заряди.
Знаючи поляризованість, можна знайти розподіл густини поляризаційних зарядів, і навпаки. Візьмемо діелектрик у вигляді похилої однорідної призми з основою і довжиною , поміщеної в однорідне зовнішнє електричне поле (див. рис. 3.4).
Мал. 3.4. До визначення зв'язку поляризованості
з поверхневою щільністю поляризаційних зарядів
Позначимо - поверхнева щільність поляризаційних зарядів, - кут між нормаллю до основи призми та вектором. Дипольний момент призми
Порівнюючи ці висловлювання, отримуємо
(3.7)
де - проекція вектора на напрямок єдиної зовнішньої нормалі до основи призми.
Висновок :Поверхнева щільність поляризаційних зарядів дорівнює нормальній складової поляризованості в даній точці поверхні.
Нехай тепер діелектрик – неоднорідний. В околиці точки спостереження виділимо об'єм діелектрика, обмежений замкненою поверхнею. Подібно до ліній напруженості поля можна ввести лінії поляризованості, що стосуються вектора в кожній точці. Формула (3.7) залишається справедливою: , у кожній точці поверхні . При включенні електричного поля пов'язані заряди зміщуються у межах молекул, позитивні заряди – у бік вектора , негативні – у протилежний бік.
При включенні електричного поля обсягомчерез поверхню витікає заряд , а обсягом з'явиться надлишковий пов'язаний заряд
який також можна виразити через щільність пов'язаних зарядів як
З урахуванням формули Гаусса-Остроградського , далі отримуємо , і зважаючи на довільність вибору обсягу знайдемо вираз щільності об'ємних зв'язаних зарядів у неоднорідному діелектриці через вектор поляризованості:
(3.8)
Висновок:Джерелами поля поляризованості служать пов'язані заряди. Потужність цих джерел дорівнює. Лінії поля починаються на негативних зв'язаних зарядах, а закінчуються – на позитивних.
Чи не знайшли те, що шукали? Скористайтеся пошуком:
Вимкніть adBlock! і оновіть сторінку (F5)дуже потрібно