-->
|
|
|
Ãëàâà 1. Ýëåêòðîñòàòèêà 1.15. Ïîëÿðèçàöèÿ äèýëåêòðèêîâ (îêîí÷àíèå)Äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïðîíèöàåìîñòü è ïîëÿðèçóåìîñòü äèýëåêòðèêà
Ñâÿçàííûé ïîâåðõíîñòíûé çàðÿä ñîçäàåò ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå íàïðÿæåííîñòüþ Åñëè íàïðÿæåííîñòü ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ âíóòðè äèýëåêòðèêà îáîçíà÷èòü ÷åðåç Å, òî Å = Å0 - Å' (1.15.1) (ñì. ðèñ. 1.62). Íàïðÿæåííîñòü Å' îïðåäåëÿåòñÿ ïîâåðõíîñòíîé ïëîòíîñòüþ çàðÿäà σ'. Ýòîò çàðÿä íàõîäèòñÿ íà äâóõ ïðîòèâîïîëîæíûõ ïîâåðõíîñòÿõ äèýëåêòðèêà. Êàæäàÿ ïîâåðõíîñòü ñîçäàåò ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå íàïðÿæåííîñòüþ Å'1 = 2π|σ'| (â àáñîëþòíîé ñèñòåìå åäèíèö). Íàïðÿæåííîñòè ïîëåé îò îòðèöàòåëüíî è ïîëîæèòåëüíî çàðÿæåííûõ ïîâåðõíîñòåé âíóòðè äèýëåêòðèêà ñîâïàäàþò ïî íàïðàâëåíèþ. Ïîýòîìó Å' = 4π|σ'|. (1.15.2) Ïëîòíîñòü ïîâåðõíîñòíîãî çàðÿäà çàâèñèò îò ñâîéñòâ äèýëåêòðèêà è íàïðÿæåííîñòè Å ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ âíóòðè íåãî. Ïðè Å = 0 σ' òàêæå ðàâíà íóëþ. Îïûò ïîêàçûâàåò, ÷òî äëÿ ìíîãèõ äèýëåêòðèêîâ ïëîòíîñòü ïîâåðõíîñòíîãî çàðÿäà ïðÿìî ïðîïîðöèîíàëüíà íàïðÿæåííîñòè ïîëÿ*: |σ'| = αE. (1.15.3) * Íàäî èìåòü â âèäó, ÷òî ñìåùåíèå çàðÿäîâ â äèýëåêòðèêå íåïîñðåäñòâåííî îïðåäåëÿåòñÿ ïîëåì âíóòðåííåãî ñ íàïðÿæåííîñòüþ Êîýôôèöèåíò ïðîïîðöèîíàëüíîñòè α íàçûâàåòñÿ ïîëÿðèçóåìîñòüþ äèýëåêòðèêà èëè åãî äèýëåêòðè÷åñêîé âîñïðèèì÷èâîñòüþ. Îí õàðàêòåðèçóåò ýëåêòðè÷åñêèå ñâîéñòâà äèýëåêòðèêà è ïðîñòûì îáðàçîì ñâÿçàí ñ äèýëåêòðè÷åñêîé ïðîíèöàåìîñòüþ ε. Íàéäåì ýòó ñâÿçü. Ïîäñòàâèâ âûðàæåíèå (1.15.3) â ôîðìóëó (1.15.2), ïîëó÷èì çíà÷åíèå íàïðÿæåííîñòè ïîëÿ ñâÿçàííûõ çàðÿäîâ â çàâèñèìîñòè îò íàïðÿæåííîñòè ïîëÿ âíóòðè äèýëåêòðèêà: Å' = 4παÅ. (1.15.4) Åñëè òåïåðü ïîäñòàâèòü âûðàæåíèå (1.15.4) â ñîîòíîøåíèå (1.15.1), òî ìîæíî âûðàçèòü íàïðÿæåííîñòü ïîëÿ â äèýëåêòðèêå ÷åðåç íàïðÿæåííîñòü âíåøíåãî ïîëÿ:
Ñòîÿùàÿ â çíàìåíàòåëå âåëè÷èíà õàðàêòåðèçóåò ñòåïåíü îñëàáëåíèÿ ïîëÿ; îíà ïîêàçûâàåò, âî ñêîëüêî ðàç óìåíüøàåòñÿ íàïðÿæåííîñòü ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ â îäíîðîäíîì äèýëåêòðèêå. Ýòî è åñòü äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïðîíèöàåìîñòü ñðåäû (ñì. § 1.4): ε = 1 + 4πα. (1.15.6) Òàêèì îáðàçîì, äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïðîíèöàåìîñòü è ïîëÿðèçóåìîñòü ÿâëÿþòñÿ ýêâèâàëåíòíûìè õàðàêòåðèñòèêàìè ýëåêòðè÷åñêèõ ñâîéñòâ ñðåäû. ÑåãíåòîýëåêòðèêèÎòìåòèì â çàêëþ÷åíèå, ÷òî, êðîìå ïîëÿðíûõ è íåïîëÿðíûõ äèýëåêòðèêîâ, ñóùåñòâóåò åùå îäèí òèï äèýëåêòðèêîâ, êîòîðûå íàçûâàþò ñåãíåòîýëåêòðèêàìè. Ýòè âåùåñòâà îáëàäàþò ðÿäîì çàìå÷àòåëüíûõ ñâîéñòâ.  ÷àñòíîñòè, îíè èìåþò î÷åíü áîëüøóþ äèýëåêòðè÷åñêóþ ïðîíèöàåìîñòü. Òàê, íàïðèìåð, ó ñåãíåòîâîé ñîëè äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïðîíèöàåìîñòü äîñòèãàåò 10 000. Çàìåòèì äëÿ ñðàâíåíèÿ, ÷òî ñðåäè ïîëÿðíûõ äèýëåêòðèêîâ íàèáîëüøåé ïðîíèöàåìîñòüþ îáëàäàåò âîäà (ε = 81). Çíà÷åíèå å ó íåïîëÿðíûõ äèýëåêòðèêîâ ìíîãî ìåíüøå. Áîëüøîé âêëàä â èññëåäîâàíèå ñåãíåòîýëåêòðèêîâ áûë ñäåëàí îòå÷åñòâåííûìè ôèçèêàìè È. Â. Êóð÷àòîâûì, Á. Ì. Âóëîì è äð.
1. Ìðæíî ëè îáúÿñíèòü îòñóòñòâèå çàðÿäîâ âíóòðè ïðîâîäíèêà òåì, ÷òî îäíîèìåííûå çàðÿäû îòòàëêèâàþòñÿ? 2. Âíóòðè ïðîâîäÿùåé ñôåðû ðàñïîëîæåí ïîëîæèòåëüíûé òî÷å÷íûé çàðÿä (ðèñ. 1.63). Íà÷åðòèòå ëèíèè íàïðÿæåííîñòè âíóòðè è âíå ñôåðû. Êàê áóäåò èçìåíÿòüñÿ ïîâåðõíîñòíàÿ ïëîòíîñòü çàðÿäà íà âíóòðåííåé è âíåøíåé ïîâåðõíîñòÿõ ñôåðû, åñëè çàðÿä ïåðåìåùàòü âíóòðè ñôåðû?
|
|
|