Физический смысл диэлектрической проницаемости вещества

Физический смысл диэлектрической проницаемости вещества. Условия на границе раздела диэлектриков с различной диэлектрической проницаемостью.

ε — безразмерная физическая величина, характеризующая свойства изолирующей (диэлектрической) среды. Связана с эффектом поляризации диэлектриков под действием электрического поля (и с характеризующей этот эффект величиной диэлектрической восприимчивости среды). Величина ε показывает, во сколько раз сила взаимодействия двух электрических зарядов в среде меньше, чем в вакууме. Относительная диэлектрическая проницаемость воздуха и большинства других газов в нормальных условиях близка к единице (в силу их низкой плотности). Для большинства твёрдых или жидких диэлектриков относительная диэлектрическая проницаемость лежит в диапазоне от 2 до 8 (для статического поля). Диэлектрическая постоянная воды в статическом поле достаточно высока — около 80. Велики её значения для веществ с молекулами, обладающими большим электрическим диполем. Относительная диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектриков составляет десятки и сотни тысяч.

увеличивает электроёмкость за счёт физических свойств вещества-изолятора

Нормальная составляющая вектора напряженности Е на границе двух диэлектриков скачкообразно изменяется обратно пропорционально относительным проницаемостям этих сред: Е1/Е2=е1/е2

Нормальная составляющая вектора электрического смещения D не изменяется при переходе границы.

Тангенциальная составляющая вектора Е не изменяется при переходе границы.

Тангенциальная составляющая вектора D на границе двух диэлектриков скачкообразно изменяется прямо пропорционально относительным проницаемостям этих сред.

Поле вектора D наглядно можно изобразить с помощью линий этого вектора. Линии вектора E начинаются и заканчиваются как на свободных, так и на связанных зарядах. Источниками и стоками поля вектора D являются только свободные заряды: только на них могут начинаться и заканчиваться линии этого вектора. Через области поля, где находятся связанные заряды, линии вектора D проходят не прерываясь.

линии поля вектора E

9 Пьезоэлектрики, сегнетозлектрики, пироэлектрики, электреты — свойства и применения.

Пьезоэлектрики— кристаллические вещества, в которых при сжатии или растяжении в определённых направлениях возникает электрическая поляризация даже в отсутствии поля.

Если же кварцевую пластинку сжать в направлении, перпендикулярном первоначальному, то возникает поперечный пьезоэффект, т.е. полярность зарядов на гранях пластинки изменится на обратную, соответственно изменяется и направление вектора напряженности электрического поля.

Пьезоэффектобратим, т.е. если на гранях кварца создать разноименные заряды, то он либо сжимается, либо растягивался в зависимости от их полярности (обратный пьезоэффект).

Деформация диэлектрика зависит линейно от напряженности Е внешнего электрического поля.

Пироэлектрики

С пьезоэлектрическими свойствами веществ тесно связаны их пироэлектрические свойства. В кристалле при нагревании возникают внутренние напряжения, вызванные температурными градиентами. В результате на поверхности кристалла появляются электрические заряды.

Природа пироэлектричества была открыта в 1756 г. на кристаллах турмалина и объяснена русским академиком Эпинусом, который впервые объяснил и поляризацию

Пироэлектрики используютсяв технике в качестве индикаторов и приёмников излучений.

Сегнетоэлектрики – кристаллические, диэлектрики, обладающие в определённом интервале температур спонтанной (самопроизвольной) поляризацией, которая существенно изменяется под влиянием внешних воздействий. Впервые явление было обнаружено у сегнетовой соли и было названо сегнетоэлектричеством.

Сегнетоэлектрический эффект наблюдается только в определенном интервале температур. Сегнетова соль, например, сегнетоэлектрик при температурах от
–18° до +24°С, титанат бария — при температуре ниже 125°С. Эта температура называетс сегнтоэлектрической точкой Кюри (qс). При t > qс сегнетоэлектрик превращается в обычный диэлектрик.

Электреты – диэлектрики, длительно сохраняющие поляризованное состояние после снятия внешнего воздействия, вызвавшего поляризацию, и создающие электрическое поле в окружающем

Электреты применяют как источники постоянного электрического поля (электретные микрофоны и телефоны, вибродатчики, генераторы слабых сигналов, электрометры, электростатические вольтметры

10 Энергия электрического поля, ее объемная плотность.

Энергия заряженного конденсатора

локализована в его электрическом поле.

Для плоского конденсатора

Объёмная плотность энергии электрического поля равна

Объемная плотность энергии электричес- кого поля при наличии диэлектрика в e раз больше, чем при отсутствии диэлек- трика.

— соответствует объемной плотности энергии поля в вакууме.

— связано с дополнительной объем- ной плотностью энергии, расходуемой на поляризацию диэлектрика Формула объемной плотности энергии поля справедлива не только для однородного поля, но и для любого не однородного поля, изменяющегося во времени. Тогда энергию неоднородного поля можно найти интегрированием по объему, занимаемым полем.

11) Постоянный электрический ток — его характеристики и условия существования. Уравнение непрерывности

Постоя́нный ток — электрический ток, который с течением времени не изменяется по величине и направлению

Хар-ка :

· Сила тока — это количество электричества Q, протекающее через поперечное сечение проводника в единицу времени.

· Плотность тока — это отношение силы тока I к площади поперечного сечения S проводника δ = I/S.

· Электродвижущая сила — величина, численно равная работе, совершаемой источником электрической энергии при переносе единицы положительного заряда по всей замкнутой цепи

Источник:
http://studopedia.ru/22_48219_fizicheskiy-smisl-dielektricheskoy-pronitsaemosti-veshchestva-usloviya-na-granitse-razdela-dielektrikov-s-razlichnoy-dielektricheskoy-pronitsaemostyu.html

БИЛЕТ 6 Диэлектрическая проницаемость вещества. Электрическое поле в однородном диэлектрике.

Диэлектрическая проницаемость, величина, характеризующая диэлектрические свойства среды — её реакцию на электрическое поле. В соотношении D = eЕ, где Е — напряжённость электрического поля, D — электрическая индукция в среде, Д. п. — коэффициент пропорциональности e. В большинстве диэлектриков при не очень сильных полях Д. п. не зависит от поля Е. В сильных электрических полях (сравнимых с внутриатомными полями), а в некоторых диэлектриках (например, сегнетоэлектриках) в обычных полях зависимость D от Е — нелинейная. По физическому смыслу диэлектрическая проницаемость — количественная мера интенсивности процесса поляризации. Поляризация представляет собой смещение связанных зарядов под действием внешнего электрического поля.

Рассмотрим простейший случай диэлектрической среды, где все поле заполнено однородным диэлектриком. В этом случае e=const, a=const и могут быть вынесены за знак производной:

divD=diveE=edivE=r

divE=- 2 j=

Это значит, что при заданном распределении свободных зарядов потенциал и напряженность в однородном диэлектрике в e раз меньше напряженности и потенциала в вакууме. Что часто бывает положено в основу всей теории диэлектриков.

7 БИЛЕТ. Сила и плотность тока. Уравнение непрерывности дляплотности тока. ЗаконОма винтегральной и дифференциальной формах.Закон Джоуля-Ленца. Закон Видемана-Франца.

Пло́тность то́ка — векторная физическая величина, имеющая смысл силы тока, протекающего через единицу площади. Например, при равномерном распределении плотности тока и всюду ортогональности ее плоскости сечения, через которое вычисляется или измеряется ток, величина вектора плотности тока:

где I — сила тока через поперечное сечение проводника площадью S

Силой тока называется физическая величина , равная отношению количества заряда , прошедшего за некоторое время через поперечное сечение проводника, к величине этого промежутка времени [1] :

.

Таким образом в каждой точке пространства выполняется условие

,которое является дифференциальной формой уравнения непрерывности.
Если токи постоянны, то все электрические величины не зависят от времени и в уравнении непрерывности нужно положить равным нулю. Тогда , следовательно, в случае постоянного тока вектор j не имеет источников. Это означает, что линии тока нигде не начинаются и нигде не заканчиваются, т. е. они замкнуты.

ЗаконОма винтегральной и дифференциальной формах. — зависящий от свойств материала коэффициент, называемый удельным электрическим сопротивлением., E – напряжённость тока, j – плотность тока.

Читайте также  Какой матрас для ребенка необходим: высота матраса

Закон Джоуля Ленца — Количество теплоты, выделяемое в единицу времени в рассматриваемом участке цепи, пропорционально произведению квадрата силы тока на этом участке и сопротивлению участка

Закон Видемана-Франца. Металлы обладают как большой электропроводностью, так и высокой теплопроводностью.Видеманом и Францем в 1853 г. экспериментально установлен закон, согласно которому отношение теплопроводности () к удельной проводимости () для всех металлов при одной и той же температуре одинаково и увеличивается пропорционально термодинамической температуре:

где  — постоянная, не зависящая от рода металла.

8 БИЛЕТ.Электродвижущаясила источника тока. Правило Кирхгофа

Электродвижущая сила (ЭДС) — скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура.

Первое правило Кирхгофа является следствием закона сохранения заряда, согласно которому ни в одной точке проводника не должны накапливаться или исчезать заряды.

Первое правило Кирхгофа можно сформулировать и так: количество зарядов, приходящих в данную точку проводника за некоторое время, равно количеству зарядов, уходящих из данной точки за то же время.

Второе правило Кирхгофа является обобщением закона Ома. Второе правило Кирхгофа — в любом замкнутом контуре разветвленной цепи алгебраическая сумма ЭДС равна алгебраической сумме произведений токов на сопротивления соответствующих участков этого контура.

Источник:
http://poisk-ru.ru/s73950t1.html

Диэлектрическая проницаемость

Диэлектрическая проницаемость — величина, характеризующая диэлектрические свойства среды — её реакцию на электрическое поле:

D = εF
В большинстве диэлектриков при не очень сильных полях диэлектрическая проницаемость не зависит от поля Е. В сильных же электрических полях (сравнимых с внутриатомными полями), а в некоторых диэлектриках в обычных полях зависимость D от Е — нелинейная.

Так же диэлектрическая проницаемость показывает, во сколько раз сила взаимодействия F между электрическими зарядами в данной среде меньше их силы взаимодействия Fo в вакууме:

Относительная диэлектрическая проницаемость вещества может быть определена путем сравнения ёмкости тестового конденсатора с данным диэлектриком (Cx) и ёмкости того же конденсатора в вакууме (Co):

Таблица значений диэлектрической проницаемости для твердых тел:

Таблица значений диэлектрической проницаемости для жидкостей:

Таблица значений диэлектрической проницаемости для газов:

Обозначение в формуле:

D — электрическая индукция в среде;

ε — диэлектрическая проницаемость среды;

E — напряжённость электрического поля;

F — сила взаимодействия между зарядами в среде;

F — сила взаимодействия между зарядами в вакууме;

Cx — ёмкость конденсатора в среде;

C — ёмкость конденсатора в вакууме.

Ещё картинки на тему диэлектрическая проницаемость:

Источник:
http://energetik.com.ru/zakony-elektrotexniki-korotko/dielektricheskaya-pronicaemost

Диэлектрическая проницаемость и ее связь с диэлектрической восприимчивостью;

Диэлектрическая проницаемость среды ε показывает, во сколько раз сила взаимодействия двух электрических зарядов в среде меньше, чем в вакууме. Относительная диэлектрическая проницаемость воздуха и большинства других газов в нормальных условиях близка к единице (в силу их низкой плотности).

Относительная диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектриков составляет десятки и сотни тысяч.

Диэлектрическая восприимчивость ( поляризуемость ) вещества — физическая величина, мера способности вещества поляризоваться под действием электрического поля. Диэлектрическая восприимчивость — коэффициент линейной связи между поляризацией диэлектрика P и внешним электрическим полем E в достаточно малых полях:

,где — электрическая постоянная; произведение называется абсолютной диэлектрической восприимчивостью . В случае вакуума

У диэлектриков, как правило, она положительна. Диэлектрическая восприимчивость измеряется в ничём (безразмерная величина).

Поляризуемость связана с диэлектрической проницаемостью ε соотношением: , или .

Граничные условия на поверхности раздела двух диэлектриков.

На поверхности раздела двух диэлектриков с различными абсолютными диэлектрическими проницаемостями и равны между собой касательные составляющие напряженности поля:

и нормальные составляющие вектора электрического смещения:

Условия можно представить и в таком виде:

Из данных граничных условий можно получить еще одно условие – условие преломления линий поля при переходе их из одного диэлектрика в другой:

где и – углы между вектором напряженности (или смещения) и нормалями к границе раздела сред.

При этом, если вектор напряженности перпендикулярен к границе раздела, то электрическое смещение не меняется при переходе из одной среды в другую, а напряженность поля меняется скачком.

При переходе через границу раздела двух диэлектриков электрический потенциал не претерпевает скачков.

Закон преломления линий тока по форме вполне аналогичен закону преломления линий электрического смещения на границе двух диэлектриков в электростатическом поле.

Во многих практических случаях мы встречаемся с переходом тока из металлических тел в окружающую среду, удельная проводимость которой во много раз меньше удельной проводимости материала этих тел. Такие условия имеют место, например, в случае перехода тока через зарытые в землю металлические электроды. Обычно применяют стальные электроды .

Закон преломления силовых линий на поверхности раздела двух диэлектриков. Свойства силовых линий Б и Е на поверхности раздела диэлектриков.

На границе двух диэлектриков с различными диэлектрическими проницаемостями 1, и 2 при наличии внешнего поля возникают поляризационные заряды разного знака с различными поверхностными плотностями зарядов +1′ и +2′.

Из данных граничных условий можно получить еще одно условие – условие преломления линий поля при переходе их из одного диэлектрика

в другой:

,где и – углы между вектором напряженности (или плотности тока) и нормалями к границе раздела сред. При этом, если вектор напряженности перпендикулярен к границе раздела, то плотность тока не меняется при переходе из одной среды в другую, а напряженность поля меняется скачком.

Закон преломления линий тока по форме вполне аналогичен закону преломления линий электрического смещения на границе двух диэлектриков в электростатическом поле.

Во многих практических случаях мы встречаемся с переходом тока из металлических тел в окружающую среду, удельная проводимость которой во много раз меньше удельной проводимости материала этих тел. Такие условия имеют место, например, в случае перехода тока через зарытые в землю металлические электроды. Обычно применяют стальные электроды.

Источник:
http://studopedia.su/14_45809_dielektricheskaya-pronitsaemost-i-ee-svyaz-s-dielektricheskoy-vospriimchivostyu.html

Диэлектрическая проницаемость

Диэлектрическая проницаемость — величина, характеризующая диэлектрические свойства среды — её реакцию на электрическое поле:

D = εF
В большинстве диэлектриков при не очень сильных полях диэлектрическая проницаемость не зависит от поля Е. В сильных же электрических полях (сравнимых с внутриатомными полями), а в некоторых диэлектриках в обычных полях зависимость D от Е — нелинейная.

Так же диэлектрическая проницаемость показывает, во сколько раз сила взаимодействия F между электрическими зарядами в данной среде меньше их силы взаимодействия Fo в вакууме:

Относительная диэлектрическая проницаемость вещества может быть определена путем сравнения ёмкости тестового конденсатора с данным диэлектриком (Cx) и ёмкости того же конденсатора в вакууме (Co):

Таблица значений диэлектрической проницаемости для твердых тел:

Таблица значений диэлектрической проницаемости для жидкостей:

Таблица значений диэлектрической проницаемости для газов:

Обозначение в формуле:

D — электрическая индукция в среде;

ε — диэлектрическая проницаемость среды;

E — напряжённость электрического поля;

F — сила взаимодействия между зарядами в среде;

F — сила взаимодействия между зарядами в вакууме;

Cx — ёмкость конденсатора в среде;

C — ёмкость конденсатора в вакууме.

Читайте также  Электрические заряды

Ещё картинки на тему диэлектрическая проницаемость:

Источник:
http://energetik.com.ru/zakony-elektrotexniki-korotko/dielektricheskaya-pronicaemost

Каков физический смысл диэлектрической проницаемости среды

Диэлектрическая проницаемость, величина, характеризующая диэлектрические свойства среды — её реакцию на электрическое поле. В соотношении D = eЕ, где Е — напряжённость электрического поля, D — электрическая индукция в среде, Д. п. — коэффициент пропорциональности e. В большинстве диэлектриков при не очень сильных полях Д. п. не зависит от поля Е. В сильных электрических полях (сравнимых с внутриатомными полями), а в некоторых диэлектриках (например, сегнетоэлектриках) в обычных полях зависимость D от Е — нелинейная. По физическому смыслу диэлектрическая проницаемость — количественная мера интенсивности процесса поляризации. Поляризация представляет собой смещение связанных зарядов под действием внешнего электрического поля.

Рассмотрим простейший случай диэлектрической среды, где все поле заполнено однородным диэлектриком. В этом случае e=const, a=const и могут быть вынесены за знак производной:

divD=diveE=edivE=r

divE=- 2 j=

Это значит, что при заданном распределении свободных зарядов потенциал и напряженность в однородном диэлектрике в e раз меньше напряженности и потенциала в вакууме. Что часто бывает положено в основу всей теории диэлектриков.

7 БИЛЕТ. Сила и плотность тока. Уравнение непрерывности дляплотности тока. ЗаконОма винтегральной и дифференциальной формах.Закон Джоуля-Ленца. Закон Видемана-Франца.

Пло́тность то́ка — векторная физическая величина, имеющая смысл силы тока, протекающего через единицу площади. Например, при равномерном распределении плотности тока и всюду ортогональности ее плоскости сечения, через которое вычисляется или измеряется ток, величина вектора плотности тока:

где I — сила тока через поперечное сечение проводника площадью S

Силой тока называется физическая величина , равная отношению количества заряда , прошедшего за некоторое время через поперечное сечение проводника, к величине этого промежутка времени [1] :

.

Таким образом в каждой точке пространства выполняется условие

,которое является дифференциальной формой уравнения непрерывности.
Если токи постоянны, то все электрические величины не зависят от времени и в уравнении непрерывности нужно положить равным нулю. Тогда , следовательно, в случае постоянного тока вектор j не имеет источников. Это означает, что линии тока нигде не начинаются и нигде не заканчиваются, т. е. они замкнуты.

ЗаконОма винтегральной и дифференциальной формах. — зависящий от свойств материала коэффициент, называемый удельным электрическим сопротивлением., E – напряжённость тока, j – плотность тока.

Закон Джоуля Ленца — Количество теплоты, выделяемое в единицу времени в рассматриваемом участке цепи, пропорционально произведению квадрата силы тока на этом участке и сопротивлению участка

Закон Видемана-Франца. Металлы обладают как большой электропроводностью, так и высокой теплопроводностью.Видеманом и Францем в 1853 г. экспериментально установлен закон, согласно которому отношение теплопроводности () к удельной проводимости () для всех металлов при одной и той же температуре одинаково и увеличивается пропорционально термодинамической температуре:

где  — постоянная, не зависящая от рода металла.

8 БИЛЕТ.Электродвижущаясила источника тока. Правило Кирхгофа

Электродвижущая сила (ЭДС) — скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура.

Первое правило Кирхгофа является следствием закона сохранения заряда, согласно которому ни в одной точке проводника не должны накапливаться или исчезать заряды.

Первое правило Кирхгофа можно сформулировать и так: количество зарядов, приходящих в данную точку проводника за некоторое время, равно количеству зарядов, уходящих из данной точки за то же время.

Второе правило Кирхгофа является обобщением закона Ома. Второе правило Кирхгофа — в любом замкнутом контуре разветвленной цепи алгебраическая сумма ЭДС равна алгебраической сумме произведений токов на сопротивления соответствующих участков этого контура.

Вектор поляризации можно представить так:

где α — поляризуемость молекул; . — диэлектрическая восприимчивость — макроскопическая безразмерная величина, характеризующая поляризацию единицы объема.

Следовательно, и у результирующего поля E изменяется, по сравнению с E , только нормальная составляющая. Тангенциальная составляющая поля остается без изменения.

В векторной форме результирующее поле можно представить так:

Результирующая электростатического поля в диэлектрике равна внешнему полю, деленному на диэлектрическую проницаемость среды ε:

Величина . характеризует электрические свойства диэлектрика. Физический смысл диэлектрической проницаемости среды ε -величина, показывающая, во сколько раз электростатическое поле внутри диэлектрика меньше, чем в вакууме:

С учетом этого обстоятельства, при наличии диэлектрической среды, мы должны поправить все полученные нами в прошлых разделах формулы, например теорема Гаусса:

или закон Кулона:

График зависимости напряженности поля шара от радиуса, с учетом диэлектрической проницаемости двух сред (ε1 и ε2), показан на рис. 1.4.5.

Как видно из рисунка, напряженность поля E изменяется скачком при переходе из одной среды ε1 в другую ε2.

  1. Анализаторы человека. Психофизический закон Вебера-Фехнера.
  2. Биологический смысл агрессии
  3. Биологический смысл условного рефлекса
  4. Вероятностный смысл волн де Бройля.
  5. Влияние смысловой организации на запоминание
  6. Вопрос №48. Проблема смысла человеческого бытия.
  7. Вопрос. «Производственная сетка» и изокванта. Предельная норма технологического замещения факторов производства. Изокоста и ее экономический смысл.
  8. Гармонический психофизический инфантилизм
  9. Геометрический и механический смысл моментов
  10. Геометрический и физический смысл производной.
  11. Геометрический смысл
  12. Геометрический смысл дифференциала.

Источник:
http://stroi-obzor.ru/strojka/kakov-fizicheskij-smysl-dijelektricheskoj/