Явления в диелектрик под действие на електрично поле


Категория на документа: Физика


IIІ. МОДУЛ

ТЕОРИЯ НА ДИЕЛЕКТРИЦИТЕ

19. Явления в диелектрик под действие на електрично поле

Характерен за всеки диелектрик процес, осъществяващ се при въздействие с електрично поле, е явлението поляризация – ограничено и обратимо преместване на електрични заряди на микроскопични или макроскопични разстояния в пределите на един образец.

В диелектриците се съдържа неголям брой свободни заряди, които обуславят протичането през тях на малък ток – осъществява се явлението електропроводимост.

Проводимостта и евентуално поляризацията са причини за загряване на диелектрика, което е свързано с явлението диелектрични загуби.

Всеки диелектрик може да бъде използван само при напрежения, непревишаващи някаква гранична стойност, характерна за него при определени условия. При по-високи напрежения настъпва пробив в диелектрика – загуба на неговите електроизолационни свойства.

20. Поляризация

20.1. Механизъм на явлението поляризация

Под действие на електрично поле свързаните електрични заряди в диелектрика се преместват ограничено толкова повече, колкото по-голям е интензитетът на полето. Положителните заряди се преместват по посока на интензитета, отрицателните – в противоположна посока.

Когато полярен диелектрик се намира в равномерно електрично поле с интензитет , върху зарядите на всяка негова молекула (дипол) действат еднакви по големина и противоположни по посока успоредни (но не насочени по протежение на една права) сили (фиг. 20.1) (вж. т. 2.2). Тази двойка сили се стреми да завърти молекулата (дипола) по посока на полето. При отсъствие на поле молекулите се дезориентират хаотично вследствие на топлинното движение.

В неполярна молекула под действие на електрично поле положителните и отрицателните заряди и съответно техните центрове се изместват едни спрямо други. Така молекулата придобива електричен диполен момент по посока на полето. След премахване на полето зарядите се връщат в първоначалните си положения.

Явлението ограничено и обратимо преместване на свързани електрични заряди (в някои случаи и на свободни заредени частици) в диелектрик под действие на електрично поле се нарича диелектрична поляризация.

Нека плоскопаралелна пластина от диелектрик е поставена в равномерно електрично поле, създадено между електродите на плосък кондензатор, включен към източник на постоянно напрежение. Извършва се поляризация; възниква определен порядък в разположението на зарядите на атомите (молекулите), както това схематично е показано на фиг. 20.2. Върху двете срещуположни повърхности на образеца се появяват некомпенсирани разноименни заряди (на фиг. 20.2 са заградени с непрекъснати линии). Във всеки достатъчно голям обем вътре в диелектрика общият електричен заряд е 0.

20.2. Електрична поляризация .

Електрична индукция

Електричната поляризация е векторна величина, характеризираща степента на поляризация на диелектрика. Тя е равна на сумарния електричен диполен момент в единица обем:

,

където е сумарен електричен диполен момент в обем ∆V.

За по-голяма част от диелектриците, наречени пасивни или линейни, електричната поляризация е пропорционална на интензитета на външното електрично поле (поле, съществуващо в пространството преди внасянето на диелектрика в него), т.е. е линейна функция на :

=oχe ,
(20.1)

където oχe играе ролята на коефициент на пропорционалност; o е електрична константа (вж. т. 10, коментара след уравнение 10.2), а χe е безразмерна величина, наречена електрична възприемчивост.

Друга величина, описваща електричното поле в диелектрика и явлението поляризация, е електричната индукция , която е сума от 2 вектора: o - характеризиращ полето във вакуум, и - характеризиращ поляризираното състояние на диелектрика:

= o + ,
(20.2)

При вземане под внимание на (20.1) от уравнение (20.2) следва



Сподели линка с приятел:





Яндекс.Метрика
Явления в диелектрик под действие на електрично поле 9 out of 10 based on 2 ratings. 2 user reviews.