Диелектрици диелектрици са вещества, които не са проводници на електричество

Диелектрици са вещества, които не провеждат електричество. Диелектрици се наричат ​​също изолатори. В диелектрици, за разлика от проводници няма свободни носители на заряд - заредени частици, които могат да са подложени на влиянието на електрическото поле в нормалното придвижване и образуват проводимост ток. По-конкретно, в диелектрик концентрация на свободните носители зареждане във време по-малко от проводниците.

Когато правите диелектрик прът по еднакъв електростатично поле, тя ще се превърне, опитвайки се да остане нормални линии на сила. Ако полето не е еднакъв, а след това на пръта не само ще се обърне, но също така и да се включат в района на силна област. Това поведение е подобно на поведението на метален прът. Въпреки това, ако в момента, че са в електростатично поле ядро ​​разделен на две, всяко парче ще се държи добре. Това поведение може да се обясни като се предполага, че navedennye такси възникват в диелектрика. Въпреки това, те не могат да бъдат отстранени. За разлика от свободните такси проводници, диелектрици такси са обвързани.

Всички диелектрични молекули са електрически неутрални. общият заряд на електрони и атомни ядра в молекулата е нула. В първо приближение, молекула може да се разглежда като електрически дипол с дипол електрически момент, където Q - нетен положителен заряд на атомните ядра в молекулата, и - вектор provedenny на "център на тежестта" на електроните в молекулата в "център на тежестта" на положителните заряди на атомните ядра. Като всеки електрически дипол молекула Sozdaet електрическо поле.

Диелектрик наречен неполярен (неполярни молекули с диелектрик), ако при липса на външно електрическо поле "центрове на тежестта" на положителни и отрицателни заряди в молекулата на диелектрични sovpadayuti диполни моменти молекулни са равни на нула (и други). В външно електрическо поле, деформацията на електронен слой атоми и молекули. "Център на тежестта" на положителните и отрицателните заряди се преместват една спрямо друга. Така Неполярен молекула придобива електрическото поле индуцирано (navedenny) електрически диполен момент. пропорционална napryazhennosti поле:

където - на поляризуемост на молекулата. в зависимост само на Обем молекула. Неполярен молекула е подобен на квази-еластичен дипол. чиято ръка разстояние е пропорционална на якостта на опън, т.е. пропорционална на интензитета на външното електрическо поле. Термичната движението на неполярни молекули не засяга появата на тях индуцира електрически дипол молекули: вектори винаги съвпада с посоката на вектора и поляризуемост не зависи от температурата.

Полярен диелектрик (изолатор с полярни молекули) се нарича диелектрик, молекули или атоми, които електрони са разположени асиметрично спрямо атомните ядра (и др.). В такива молекули на "центъра на тежестта" на положителните и отрицателните заряди не съвпадат дори и при липса на външно електрическо поле. Молекули на полярни диелектрици със свойства, подобни на твърда дипол. в която има постоянно (модул) elektricheskiydipolny момент.

В единна външна електрическо поле на дипол zhestky действа сила двойка, въртящ момент е равен на:

Ако дипол е в нееднакво поле, и получената сила действа върху него с изключение на въртящ момент:

Ако полярен изолатора не е във външна електрическо поле, в резултат на термични молекулни вектори за движение на моменти дипол са произволно ориентирани, и сумата от диполни моменти от всички молекули, съдържащи се във всеки макроскопски малък обем от диелектричен е нула.

Неполярният диелектрик, не в електрическо поле, са нула диполни моменти на всяка отделна молекула.

Когато правите диелектрик във външно електрическо поле, диелектричната поляризация се случи. се състои в това, че всеки малко количество от него има ненулева общо диполен момент на молекулите. Изолатор в такова състояние се нарича поляризирана. В зависимост от структурата на молекули или атоми диелектрични разграничат три вида поляризация:

а) поляризация ориентирани полярни молекули.

Това повдига преференциално ориентацията на диполни моменти на молекулите по електрическото поле се увеличава с увеличаване на електрическа сила на полето и с намаляване на температурата.

б) електронен (деформация), поляризацията на неполярни диелектрици. Под влияние на външен електрическо поле, имащо индуциран дипол момента насочена по полето. Термичната движение на молекулите не оказва влияние върху електрическата поляризация.

в) йонен поляризация. като йонна кристална решетка.

Количествена мярка на диелектричната поляризация е вектор polarisability. Поляризация (поляризация вектор) е съотношението на електрическата диполен момент на диелектричната обем до малък velichineetogo Обем:

при което - електрическа диполен момент на аз-та молекула, N - общият брой на молекулите в обема. Този обем трябва да бъде достатъчно малък, за да се вземат предвид при хомогенна електрическо поле в него. Броят п на молекули в обем трябва да бъде достатъчно голям, за да могат да се прилагат статистически методи.

За неполярен диелектрик в електрическа сила на полето:

при което - концентрацията на молекулите - индуцираната диполен момент на молекула, - относителната диелектричната константа на веществото (безразмерна).

За полярна диелектрик в електрическо поле:

при което - средната стойност на вектор диполен момент за всички молекули п. съдържаща се малък.

В случай на диелектрична поляризация в слаби електрически полета:

и. където к - Болцман константа T - термодинамична температура.

Тези формули са валидни за електрически изотропно диелектрици. За тях скаларна стойност съвпада с посока. Ако изолаторът е анизотропна, той - стойността на тензор. Колинеарни вектори, и само в определени посоки.

Помислете парче униформа диелектрик има формата на паралелепипед наклонена. Поставя се в единна електрическо поле насочена успоредно на страничните ръбове. Въз основа на кутията ще бъде поляризирана повърхностни заряди плътност. От страната няма да се появят лица на поляризирани лица.

S - базовата площ, - дипол момента на диелектрика, - вектор поляризация.

Затова :. Ние умножете този израз е скаларна за: - тази формула е валидна в общия случай. плътността на повърхността на поляризацията зарежда равна на проекцията на вектора на поляризация в пасивно нормалното.

Изчисляваме поляризация такса преминалата през затворена повърхност S в обема V с поляризация. Когато единна поляризация. Пишем теорема на Гаус в случай на наличие на свободни и поляризация такси:

. но; , - електрическа отклонение (електрически изместване).

Гаус теорема за диелектрици:

диференциална формата на теоремата на Гаус "В:

Използвайки това, пишем; - относителната диелектричната константа на средата.

Преди това ние считаме основните закони на електрическо и електромагнитни явления: Теорема Ostrogradskii Гаус, общата сега действащия закон и закона за електромагнитната индукция. Тези закони са обобщение на опитните факти. Те ни позволяват да се реши основният проблем, произтичащ в изследването на електромагнитни явления от дадена разпределение на заряди и токове, за да се определи, като ги във всяка точка от пространството, електрическите и магнитните полета.

В края на 60-те години на ХIХ век, Максуел, на базата на идеите на Фарадей за електрически и магнитни полета, обобщи законите, установени от експериментиране и е разработил цялостна теория на единен електромагнитно поле. генерирани заряди и токове система.

Максуел теория - теорията на феноменологичната. Това означава, че на вътрешния механизъм на явленията, протичащи в околната среда и са причина за появата на електрически и магнитни полета, на теория, не са взети под внимание.

Електрически и магнитни свойства на средата характеризиращ се с теорията на Максуел от три количества: на диелектрична константа, относителната магнитна проницаемост и електропроводимостта.

теорията на Максуел е теория на макроскопична електромагнитно поле. Той обсъжда електрически и магнитни полета, генерирани от макроскопски заряди и токове, т.е. такси, са концентрирани в много по-големи обеми от обема на отделните атоми и молекули. В допълнение, се приема, че разстоянието от източника на разглежданите области като точки в пространството много пъти по-голям от размера на молекулите. Следователно, значителни промени области, разгледани в теорията на Максуел, възможно само за разстояния, голям в сравнение с размера на атоми и молекули.

В действителност, макроскопски течения и таксите са микроскопични агрегат заряди и токове, които създават свои собствени електрически и магнитни полета, непрекъснато се променя във всяка точка на пространството. Поради това, в резултат на електрически и магнитни полета, винаги са променливи. Тези полета се наричат ​​микрочип. Следователно теория в Максуел счита средно електрически и магнитни полета, и средно съответния микрочип се произвежда за интервалите от време значително по-дълги периоди на лечение или отклонения от елементарни разходи, и в полето сайтове, обемът на което е много пъти по-голям от обема на атоми и молекули.

теорията на Максуел се основава на факта, че електрически и магнитни взаимодействия се случват с помощта на електрически и магнитни полета, в които те се разпространяват с краен скорост. От голямо значение е откриването Максуел факта, че скоростта на разпространение на електрическите и магнитните взаимодействия е скоростта на светлината в дадена среда. Максуел теория - теорията на малък обхват.

Първото уравнение на Максуел

(Законът на електромагнитната индукция)

В проучването на електромагнитната индукция подчерта, че ЕВФ предизвикана вихрови електрически ток се определя от промяната на магнитния поток: още от времето трябва да бъде написана частично производно, а ако неподвижни недеформируеми пазар.

, но поради потенциалното поле.

- уравнение на първия Максуел в интегрална форма.

Магнитният поток през всяка повърхност, изчислена въз основа на контура, който се взема от циркулацията на електрическото поле. Максуел предложи счита, че този израз се отнася и за всеки друг затворен контур произволно избрано в променливо магнитно поле: циркулацията на електрическо поле вектор на произволна затворен път се смесва с отрицателен знак на промяната на скоростта на магнитния поток през повърхност, ограничена от контура.

Вторият уравнението на Максуел

(Консолидиран общо действащото законодателство)

От общия действащия закон

където - течения, обхванати контура следва, че източникът на магнитно поле са подредени движещи се електрически заряди (електрически ток). Максуел предполага, че в допълнение към течения, свързани с нормалното придвижване на таксите, източник на магнитно поле също е променлива електрическо поле. Всъщност, от една теорема на Гаус-Ostrogradskii:

при което - алгебрични сумата от електрически заряди, обхванати от затворената повърхност; - индуциране вектор на електрическото поле (- поляризация вектор - относителна диелектрична константа на средата, - вектора на електричното поле).

Разнообразяване на уравнение записан с течение на времето: - от дясната страна на тази формула има измерение на ток. Но: така - нарича изместване плътност на тока.

Сигналите ток - числената стойност на нормалната компонента на плътността на тока поради липса на движение на свободните електрически заряди (провеждане на ток), както и промяна във времето на електрическото поле. Това е наличието на тока предизвиква съществуването на отворена верига (кондензатор) AC.

През 1876 г., английски физик Хенри Rowland, показан експериментално, че токът, генериран от движещ се зарежда тялото (тока), свързани с едно и също магнитно поле, тъй като е равен на тока в стационарна проводника. По-късно през 1903 г., българските учени A.A.Eyhenvaldom експериментално изследвани магнитното поле на пристрастия ток и поляризация ток.

- втори Максуел уравнение в интегрална форма.

Циркулацията на магнитното поле по произволен контур L е равен на общия ток (компенсират и проводимост) пиърсинг чрез всяка повърхност S. покой по този път.

уравнение Трето Максуел

(Теорема на потока на електрически изместване)

Нахранете електрически вектор изместване чрез произволен затворен poverhnostS покриващи наличност zaryadyq равна на алгебричната сума от негова страна:

- третата Максуел уравнение в неразделна форма.

където - плътността на заряда обем.

четвъртото уравнение на Максуел

(Теорема на магнитния поток)

Магнитният поток през всяка затворена повърхност винаги е нула:

- четвъртата Максуел уравнение в неразделна форма.

Това означава, че вектор поле е чисто вихър (или, че няма магнитни такси).

диференциална форма на уравненията на Максуел за

По-често се използва диференциална форма на уравненията на Максуел, които могат да описват електромагнитното поле във всяка точка в пространството. За уравненията на Максуел в диференциална форма Ostrogradskii използват теорема Гаус и Stokes теорема.

Тъй като обемът и областта на интеграцията на произволно, трябва да бъде равна integrands:

Броят на променливи 6 (1 скаларна и векторни количества 5). Максуел въведени три характеристики на околната среда - проводимост, - диелектрична константа - на пропускливост и уравненията, свързани с тези характеристики електромагнитното поле вектори (конститутивни уравнения):

Получената система от уравнения е пълна:

Тази система от уравнения допълни уравнение, изразяващо сила взаимодействието на обвиненията, токовете и магнитни полета: