Публикации по материалам Д. Джанколи. "Физика в двух томах" 1984 г. Том 2.

Поляризация. Электрическое смещение в диэлектрике

Прямоугольная диэлектрическая пластина между заряженными обкладками плоского конденсатора на рис. 25.9 Диэлектрик. Поляризация обладает дипольным моментом Qинд/l, где l - толщина диэлектрика, а Qинд - заряд, наведенный на поверхности диэлектрика. Для характеристики диэлектрика можно ввести новую величину - вектор поляризации P, дипольный момент единицы объема. Для прямоугольной диэлектрической пластины площадью A и толщиной l

Вектор поляризации P

Таким образом, величина вектора поляризации в данном случае равна поверхностной плотности наведенного на диэлектрике заряда (в более сложных случаях величина σ равна составляющей P, перпендикулярной поверхности.)

Вектор поляризации направлен от поверхности с отрицательным зарядом с одной стороны диэлектрика к поверхности с положительным зарядом на противоположной стороне (подобно вектору дипольного момента), как показано на рис. 25.9. Для изображенной на этом рисунке штриховой линией поверхности можно написать

Поскольку поляризация равна P = 0 в проводнике и параллельна торцам поверхности интегрирования. Формула (25.14) справедлива и в общем случае, и ее можно объединить с (25.12):

или

Это еще один способ записи теоремы гаусса при наличии диэлектрика [см. также (25.12) и (25.13)], представляющий собой общий результат.
Теорему Гаусса можно сформулировать, введя вектор электрического смещения D, который определяется как

Вектор поляризации D

для диэлектрика, находящегося между пластинами плоского конденсатора (рис. 25.9), это соотношение дает

Плоский конденсатор

где Q - свободный заряд.

Векторы E, D и P допускают наглядное толкование. Напряженность электрического поля E создается всеми зарядами, свободными и связанными, как это следует из (25.12). поляризация P, как видно из формулы (25.14), связана только с индуцированным связанным зарядом. Электрическое смещение D обусловлено только свободным зарядом, как следует из (25.17) и (25.18).

И все же основной характеристикой электрического поля остается вектор напряженности электрического поля E. векторы P и D служат полезными дополнительными характеристиками для более глубокого анализа, однако мы не будем часто пользоваться ими.

Заключение

Конденсатор -это устройство, аккумулирующее электрический заряд; он состоит из двух изолированных проводников (обкладок). проводники обычно несут на себе равные по величине и противоположные по знаку заряды, и отношение величины этого заряда к разности потенциалов между проводниками называется емкостью C: Q = CV.
Ёмкость плоского конденсатора пропорциональна площади каждой из обкладок и обратно пропорциональна расстоянию между ними. Пространство между обкладками обычно заполнено веществом, не проводящим электричества (воздухом, бумагой, пластмассой); такие вещества называются диэлектриками. Ёмкость конденсатора пропорциональна характеристике диэлектрика, которая называется относительной диэлектрической проницаемостью K (и которая для воздуха практически равна 1).

Если два или более конденсаторов соединены параллельно, то их общая емкость с равна сумме емкостей отдельных конденсаторов. При последовательном соединении конденсаторов величина, обратная их общей емкости C, равна сумме величин, обратных емкостям отдельных конденсаторов.

Энергия, накопленная заряженным конденсатором, равна 1/2(QV)= 1/2(CV 2) = 1/2(Q2/C) эту энергию можно рассматривать как энергию электрического поля, заключенного между обкладками конденсатора. плотность энергии (энергия единицы объема) электрического поля E в вакууме равна 1/2(ε0E 2),
а в диэлектрике 1/2(0E 2) = 1/2(εE 2),
где ε = Kε0 называют абсолютной диэлектрической проницаемостью вещества.

Продолжение следует. Коротко о следующей публикации:

Электрическая батарея.

Альтернативные статьи:
Дизельные генераторы. Теория и принцип работы,
Асинхронные генераторы. Теоретический материал.


Замечания и предложения принимаются по адресу horeff@mail.ru

1.4