II. Statické elektrické pole v dielektriku. 2. Dielektrikum 3. Polarizace dielektrika 4. Jevy v dielektriku

Transkript

1 II. Statické elektické pole v dielektiku Osnova: 1. Dipól 2. Dielektikum 3. Polaizace dielektika 4. Jevy v dielektiku

2 1. Dipól Konečný dipól 2 bodové náboje stejné velikosti a opačného znaménka ve vzdálenosti l Elektický dipólový moment p = n i = 1 i q i Elektický dipólový moment dipólu p = ql, náboj Q C = 0 Bodový dipól konečný dipól, jehož ozměy jsou mnohem menší, než naše vzdálenost od něj Kvadupól model: 4 bodové náboje stejné velikosti ůzných znamének

3 1. Dipól Multipólový ozvoj elektostatického pole - objem, ve kteém je ozložen spojitě náboj o celkové hodnotě - nabitý objem pozoujeme ze vzdáleností mnohem větších, než jsou jeho ozměy, potom - pole vytvářené objemem = pole bodového náboje Q C + pole bodového dipólu + pole bodového kvadupólu velikost jednotlivých příspěvků pudce klesá - aplikace: např. inteakce atomů a molekul Q C = ( ) ρ V dv Dipól v homogenním elektostatickém poli F = 0 M = p E

4 2. Dielektikum Dielektikum (izolant, nevodič) látka, jejíž nabité částice jsou v ní pevně vázány, působením vnějšího el. pole se nemohou pohybovat. Stuktua látky (dielektika) - molekuly a atomy (elektony, jáda,...) - tj. soustava kladných a záponých nábojů (1 mol látky odpovídá částicím) - za nomálních podmínek je celkový náboj nulový, ale dielektika mohou být elekticky aktivní: Dělení dielektik podle ozložení náboje v nich 1. polání dielektika - těžiště kladných a záponých nábojů jeho částic jsou posunuta, vlastní dipólový moment je nenulový (např. dielektikum z poláních molekul H 2 O, NH 3,...) 2. nepolání dielektika vlastní dipólové momenty jeho částic neexistují, částice se mohou defomovat vlivem vnějšího el. pole, vzniká indukovaný el. dipólový moment (např. dielektikum z nepoláních atomů A, Xe,... či molekul H 2, N 2, O 2, Cl 2, CH 4, CCl 4, C 6 H 6...)

5 2. Dielektikum Model dielektika: dielektikum = soustava elektických dipólů Vekto elektické polaizace P - chaakteizuje ozložení dipólů v dielektiku - je objemová hustota elektických dipólů - při ovnoměném ozložení dipólů v objemu V se spočte P = p V V Gaussova věta elstat. pole po dielektikum Tok elektické indukce libovolnou uzavřenou plochou je oven celkovému náboji obklopenému touto plochou. Ψ = D ds = D Q C Vekto elektické indukce D = ε 0 E + P po lineání izotopní dielektikum D = ε E, ε = ε ε S 0

6 2. Dielektikum Vliv dielektika na kapacitu kondenzátou - kondenzáto ve vakuu o kapacitě C 0 a napětím mezi deskami U 0 - vložení dielektika o el. pemitivitě kapacita vzoste (C), napětí klesne (U) Zobecnění vztahů po vakuum na látkové postředí dielektikum záměna ε ε 0 0ε C 0 = ε = C 0 U U

7 3. Polaizace dielektika Polaizace - vznik elektických dipólových momentů v dielektiku - dipólový moment může vzniknout u atomů, molekul, elementáních buněk kystalů - pobíhá vlivem vnějšího elektického pole (popř. jiných vnějších sil) - pocesy s ůznou fyzikální podstatou, 3 typy: 1) posuvná polaizace (závislost na intenzitě vnějšího pole) a) elektonová (atomová) polaizace defomace elektonových obalů vlivem vnějšího pole, posunutí těžiště elektonového náboje, vznik indukovaného elektického dipólového momentu b) iontová polaizace u molekul složených z iontů se vlivem vnějšího pole zvětší elektický dipólový moment (vlastní+indukovaný) 2) oientační polaizace (závislost na intenzitě vnějšího pole a teplotě) částice s nenulovým elektickým dipólovým momentem se vlivem vnějšího pole natáčejí do jeho směu (až do maxima polaizace všechny jsou natočeny), polaizace bžděna neustálým neuspořádaným pohybem částic

8 Hysteeze 4. Jevy v dielektiku závislost polaizace na intenzitě vnějšího pole není lineání, ale je vyjádřen hysteezní křivkou Elektostikce změna vnějšího pole změna vektou polaizace vznik (zesílení) dipólů přitahování dipólů mechanická defomace dielektika (smštění) Piezoelektický jev mechanické namáhání změna ozložení dipólů změna polaizace na plochách dielektika vznik náboje napětí mezi konci dielektika Pyoelektický jev zahřátí dielektika tepelná oztažnost defomace dipólů změna polaizace vznik napětí na koncích dielektika Ztáty v dielektiku vznikají jeho polaizací a vodivostí eálného dielektika (malé množství volných nábojů)