Читать онлайн «Поляризация диэлектриков. Основные понятия и определения с примерами решения задач: Методические указания»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Мальцев Ю. Ф. , Латуш Л. Т. , В. Ю. Тополов МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к решению задач “Поляризация диэлектриков. Основные понятия и определения с примерами решения задач” для студентов физического факультета Ростов-на-Дону 2008  Методические указания разработаны кандидатом физико-математических наук, доцентами кафедры общей физики Ю. Ф. Мальцевым, Л. Т. Латуш, В. И. и проф. В. Ю. Тополов Ответственный редактор профессор А. С. Богатин Компьютерный набор и верстка профессор В. Ю. Тополов Печатается в соответствии с решением кафедры общей физики физического факультета ЮФУ, протокол №13 от 26. 02. 2008 г. 2  1 ДИЭЛЕКТРИКИ. ПОЛЯРИЗАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ. ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ 1. 1 Диэлектрики и проводники Диэлектрики (изоляторы) – вещества, которые плохо проводят электрический ток. К диэлектрикам относятся все неионизованные газы, а также многие жидкости и твердые тела. Согласно многочисленным экспериментальным данным, при комнатной температуре удельное сопротивление диэлектриков примерно в (1015 … 1020) раз выше, чем удельное сопротивление типичных проводников (т. е. металлов или сплавов). Столь значительные количественные различия между удельными сопротивлениями диэлектриков и металлов связаны с различной ролью электронной подсистемы в этих веществах. В отличие от металлов, характеризующихся наличием свободных электронов и высокой электропроводностью в слабом электрическом поле, в диэлектриках электроны связаны с атомами и не могут обеспечить значительной электропроводности при воздействии такого же поля. Если проводник поместить в электрическое поле, то внутри проводника происходит перемещение электрических зарядов таким образом, что электрическое поле внутри проводника обращается в нуль. В диэлектриках внешнее электрическое поле способно смещать электроны, перераспределяя плотность зарядов в объеме и создавая поляризованное состояние вещества. Интуитивно ясно, что напряженность электрического поля внутри диэлектрика может существенно отличаться от напряженности внешнего поля вследствие перераспределения зарядов в объеме диэлектрика, однако в отличие от металлов, поле внутри диэлектрика не равно нулю. Примечательно, что термин «диэлектрики» введен М. Фарадеем для обозначения веществ, в которые проникает внешнее электрическое поле. 3  1. 2 Поляризация диэлектриков Атомы и молекулы всех тел содержат элементарные заряженные частицы. Во внешнем электрическом поле Е происходит смещение этих частиц: положительно заряженные ядра смещаются в одну сторону, а отрицательно заряженные электроны – в другую, т. е.