типи діелектриків

Всі речовини по електропровідності поділяються на провідники і діелектрики. Проміжне становище між ними займають напівпровідники.

Провідниками називають речовини, в яких є вільні носії зарядів, здатні переміщатися під дією електричного поля. Прикладами провідників є метали, розчини або розплави солей, кислот, лугів.

Діелектриками або ізоляторами називаються речовини, в яких немає вільних носіїв зарядів і які, отже, не проводять електричний струм. Це будуть идеаль-ні діелектрики. Насправді діелектрики проводять електричний струм, але дуже слабо, їх проводь-ність в 10 15 -10 20 разів менше, ніж у провідників. Це обумовлено тим, що в звичайних умов-ях заряди в діелектриках пов'язані в стійкі молекули і не можуть, як в провідниках, легко відриватися і ставати вільними. Молекули діелектрика електронейтральні: сумарний заряд електронів і атомних ядер, що входять до складу молекули, дорівнює нулю. У першому наближенні молекулу можна розглядати як диполь з електричним моментом; тут q - заряд ядра молекули,-століття-тор, проведений з "центра ваги" електронів в "центр ваги" позитивних зоря-дов атомних ядер.

Розрізняють два основних типи діелектриків: полярний і неполярний.

Діелектрик називають неполярних, якщо в його молекулах під час відсутності зовнішнього електричного поля центри ваги негативних і позитивних зарядів збігаються, наприклад, Для них діполний момент. т. к.. І, отже, сумарний дипольний момент неполярного діелектрика.

У молекулах полярних діелектриків (. Спирти. НС1.) Центри тяжкості зарядів раз-них знаків зрушені один щодо одного. В цьому випадку молекули володіють влас-ним дипольниммоментом. Але ці дипольні моменти під час відсутності зовнішнього електричного поля через теплового руху молекул орієнтовані хаотично і сумарний дипольний момент такого діелектрика дорівнює нулю, т. Е.

Якщо діелектрик внести в електричне поле, то в ньому відбудеться перерозподілити-ня пов'язаних зарядів. В результаті цього сумарний дипольний момент діелектрика стає відмінним від нуля. У цьому випадку говорять, що відбулася поляризація діелектрика. Розрізняють три типи поляризації діелектриків:

1) ЕЛЕКТРОННА: oна спостерігається в неполярних діелек-трик, коли електронна оболонка зміщується щодо відповідності-но ядра проти поля.

2) орієнтаційна: вона спостерігається в полярних діе-лектріках, коли диполі прагнуть розташуватися уздовж поля. Цьому препятсятвует теплове хаотичний рух.

3) іонна: вона спостерігається в твердих кристалічних діелектриках, коли зовнішнє по-ле викликає зміщення позитивних іонів по полю, а негативних - проти поля.

Кількісною мірою поляризації діелектрика є поляризованность діелектрика - векторна величина, що дорівнює відношенню сумарного дипольного моменту малого обсягу діелектрика до величини цього обсягу. т. е.

в СІ Р вимірюється в Кл / м 2.

Таким чином, вектор поляризованности діелектрика дорівнює дипольному моменту одиниці об'єму поляризованого діелектрика.

Як показує досвід у ізольованих діелектриків вектор поляризованности для не дуже великих пропорційний напруженості електричного поля, тобто

де - електрична стала, æ - називається діелектричної сприйнятливістю ді-електрика; це безрозмірна величина, яка для вакууму і, практично, для повітря, ра-вна нулю (æ - каппа, грецька буква).

Отже, при внесенні діелектрика в електричне поле з напруженістю відбувається поляризація діелектрика, в результаті якої виникає поле зв'язаних зарядів, направ ленне проти зовнішнього поля.

Напруженість поля зв'язаних зарядів позначимо через; виявляється вона пропорційна напруженості поля в діелектрику, тобто тому напруженість поля в діелектрику. або

звідки (11-36) де (11-37)

називають відносною діелектричною проникністю речовини або середовища; - безрозмірна величина; тому æ = 0 для вакууму і, практично, для повітря, для цих же середовищ = 1. Отже, поле в діелектрику послаблюється в # 949; раз, в порівнянні з полем у вакуумі.

11.9. Теорема Остроградського-Гаусса для поля в діелектрику. Зв'язок векторів - сме-щення, - напруженості і - поляризованности

ТеоремаОстроградского-Гаусса для потоку вектора в вакуумі мала вигляд:

де Q - сумарний заряд, що охоплюється замкнутою поверхнею S. У діелектрику Q складається з вільних (сторонніх) зарядів і пов'язаних зарядів, тобто

Можна показати, що.

Підставляючи цю формулу в (11-38), після перетворення отримаємо (11-39)

називають вектором електричного зміщення або вектором електричної індукції. Вона вимірюється, як і, в Кл / м 2. З огляду на, що знаходимо

Лінії вектора можуть починатися або закінчуватися лише на вільних зарядах, а лінії - на вільних і пов'язаних. З урахуванням (11-40) формула (11-39) запишеться так

тобто потік вектора електричного зміщення через довільну замкнуту поверхню S дорівнює сумі алгебри вільних зарядів, охоплених цією поверхнею.

Це і естьтеорема Остроградського-Гаусса в інтегральної формі для поля в діелек-трик. яка в диференціальної формі виглядає так:

# 961; - об'ємна щільність вільних зарядів.