Лекциялар жинағы Физика 1 бөлімі бойынша 050704 мамандығының қазақ бөлімінде сырттай оқитын студенттерге арналған


Вакуумдегі электростатикалық өріс үшін Гаусс теоремасы



бет21/27
Дата21.10.2019
өлшемі2,93 Mb.
#50323
түріЛекция
1   ...   17   18   19   20   21   22   23   24   ...   27
Байланысты:
Лекция Физика 1-каз


Вакуумдегі электростатикалық өріс үшін Гаусс теоремасы: кез келген тұйық бет арқылы өтетін вакуумдегі электростатикалық өрістің кернеулік векторының ағыны сол бетпен қоршалған зарядтардың алгебралық қосындысының 0 -ге қатынасына тең:





1

k

N En dS

qi .

0

S

i 1

1. Біртекті зарядталған шексіз жіптің өрісі




  1. 2 0 r ,

мұндағы r - жіп пен қарастырылып отырған нүктенің ара қашықтығы.




  1. Біртекті зарядталған шексіз жазықтықтың өрісі


E .

2 0




  1. Екі әр аттас зарядталған өзара параллель шексіз жазықтықтардың


өрісі
E .



  1. Біртекті зарядталған сфералық беттің өрісі




E

q

r R үшін,

4 0 r 2







E 0

r R үшін,

мұндағы r - сфера центрінен өрістің қарастырылып отырған нүктесіне дейінгі ара қашықтық.




  1. Көлем бойынша зарядталған шардың өрісі




E




q

r R үшін,




4 0 r 2










E

q




r

r R үшін,

4 0R3



мұндағы r - сфера центрінен өрістің қарастырылып отырған нүктесіне дейінгі арақашықтық.


Электр диполі деп бірінен-бірі l ара қашықтыққа ығысқан екі шамалары бірдей q және - q әр аттас нүктелік зарядтан тұратын жүйені атайды. Егер l ара қашықтығы жүйе өрісінің нүктелеріне дейінгі ара қашықтықпен салыстырғанда әлде-қайда кіші болса дипольді элементар дейді.
Теріс зарядтан оң зарядқа жүргізілген l векторы диполь иіні деп аталады.


Дипольдің электрлік моменті:




p ql .


Диполь өрісі оның электрлік моментімен анықталады:





1




p










E







1 3cos2 ,

4 0




r3

















мұндағы – дипольдің p моментінің бағыты мен дипольден өрістің қарастырылып отырған нүктесіне жүргізілген r радиус-векторының бағыты арасындағы бұрыш.


Сыртқы біртекті электр өрісінде дипольге қос күш әсер етеді. Қос күштің моменті мына өрнекпен анықталады
M pE .

Қос күш моментінің модулі мынаған тең




  1. pE sin ,

мұндағы – p векторы мен E өріс кернеулігінің арасындағы бұрыш.


Бұл қос күш p және E векторлары бағыттас болатындай етіп дипольді бұруға тырысады. (сурет)




Егер диполь біртекті емес өрісте орналасып, өріске параллель жатпаса, онда дипольге оны өріске параллель болатындай етіп бұруға тырысатын қос күшпен бірге дипольді күштірек өріс аймағына тартатын күш әсер етеді.



dE

Fx p



  1. Екі әр аттас зарядталған өзара параллель шексіз жазықтықтың (жазық конденсатор) арасындағы потенциалдар айырмасы:




d

d
















1 2 Edx










dx







d ,




0







0

0

0















мұндағы d - жазықтықтардың ара қашықтығы.




  1. Екі зарядталған коаксиалды цилиндрдің (цилиндрлік конденсатор) арасындағы потенциалдар айырмасы:




r2

r2






















r




1 2 Edr










dr







ln

2

,

2

0

r

2

0 0

r

r

r
















1




1

1



























мұндағы r1 және r2 – цилиндлердің радиустары.




  1. Екі зарядталған концентрлі сфераның арасындағы (сфералық конденсатор) потенциалдар айырмасы:

r2

r2

q







q







1




1




1 2 Edr































4




r 2 dr

4










r

0

0

r

.

r

r
















1




2




1

1




































11.3 Диэлектрлік ортадағы электростатикалық өріс.
Диэлектрик, құрамына зарядталған бөлшектер – теріс электрондар және оң ядро енетін молекулалардан тұрады. Жалпы алғанда молекулалар бейтарап болғанымен, молекуладағы оң және теріс зарядтардың «ауырлық» центрлері бір-біріне қатысты ығысуының нәтижесінде молекулада p дипольдік момент пайда болуы мүмкін.


  1. Полярлы емес диэлектриктер – сыртқы электр өрісінің жоқ кезінде құрылымы симметриялы болып келетін және p дипольдік моментке ие емес

молекулалардан тұратын заттар. Молекулалар дипольдік моментті сыртқы электр өрісінде иеленеді (серпімді диполь). Полярлы емес диэлектриктерге Н2, О2, N2 және басқалар жатады.




    1. Полярлы диэлектриктер – сыртқы электр өрісінсіз ақ дипольдік моментке ие молекулалардан тұратын заттар. Молекуланың оң және теріс зарядтарының «ауырлық» центрлері бір- біріне дәл келмейді, демек молекула сыртқы өрістің жоқтығына қарамастан диполь болып табылады (қатаң диполь). Сыртқы электр өрісінің бар кезінде дипольдер өріс бойымен бұрылады да, диэлектрик нөлден өзгеше қорытқы моментті иеленеді. Полярлы диэлектриктерге H2O, NH3, CO және т.б. жатады.




  1. Иондық торлары бар кристалдық диэлектриктер – ішкі құрылымы әртүрлі таңбалы иондардың дұрыс кезектесе отырып түзейтін кеңістік торы

болып келетін заттар. Мұндай кристалдардың молекулаларын біріне-бірі енген екі иондық торламшалар жүйесі деп қарастыруға болады. Сыртқы электр өрісінің әсерінен дипольдік моменттердің пайда болуына әкелетін торламшалардың бір- біріне қатысты ығысуы байқалады.
Диэлектриктер поляризациясы деп сыртқы электр өрісінің әсерінен жүретін дипольдердің бағдарлану процесін немесе өріс бойымен бағдарланған дипольдердің пайда болуын атайды.
Диэлектриктердің үш тобына сәйкес поляризацияның үш түрі болады:


  1. Ығысудың электрондық поляризациясы




  1. Дипольдік, немесе, бағдарлы поляризация




  1. Иондық поляризация

Поляризацияның нәтижесінде диэлектрикте байланысқан деп аталатын зарядтар пайда болады.


Диэлектриктің поляризациясын сандық сипаттау үшін колданылатын, поляризациялану деп аталатын, векторлық шама диэлектриктің көлем бірлігінің электр моменті болып анықталады:

1




P




i




V







pi .

Поляризациялану байланысқан зарядтардың беттік тығыздығымен
Pn
қатынастығы арқылы байланысады.
Байланысқан зарядтардың туындауы сыртқы E0 өріске қарсы бағытталған және оны әлсірететін қосымша E электр өрісінің пайда болуына әкеледі. Диэлектриктің ішіндегі қорытқы өріс


EE0EE0







E0




P

.
















0










0
























Көптеген диэлектриктер үшін P поляризациялануы диэлектрик ішіндегі E өріс кернеулігіне сызықтық тәуелді, сондықтан, егер диэлектрик изотропты болса, онда




  1. 0 E ,

мұндағы - заттың диэлектрлік қабылдағыштығы.


Сонда диэлектриктің ішіндегі өріс


E E0

E немесе E

E0




E0

,










1







мұнда - ортаның диэлектрлік өтімділігі.

Екі диэлектриктің шекаралық бетінде кернеулік сызықтары үзіледі, себебі E векторы секірмелі өзгеріске ұшырайды. Сондықтан біртекті емес диэлектриктердегі электр өрісін сипаттау үшін E кернеулік векторынан көрі D электр ығысу векторын қолданған едәуір ыңғайлы.




  1. 0 E P


Изотропты диэлектрикте E және P векторлары өзара параллель, сондықтан E және D векторларыда өзара параллель болады


  1. 0E0E 10E 0E.


Анизотропты диэлектриктерде E және P векторларының бағыттары, жалпы алғанда, бірдей емес, сондықтан E және D бағыттарыда әр түрлі болады.
Электр ығысу векторы үшін Гаусс теоремасы: диэлектрик ішіндегі тұйық бет арқылы өтетін электр ығысу векторының ағыны сол бетпен қоршалған еркін электр зарядтарының алгебралық қосындысына тең:
k

N D Dn dS qi .

S i 1
Диэлектрлік өтімділіктері 1 және 2 екі изотропты диэлектриктің шекарасында келесі шарттар орындалады:

E1 E2,

En1

tg 2

2

,

En2







tg 1




1




D 2




tg 2







2

, Dn1 Dn2 ,




D













tg

1










1



















1






























мұндағы 1 және 2 - шекараға жүргізілген n нормаль мен 1 және 2 диэлектрлік орталардағы E (немесе D ) векторының арасындағы бұрыштарға сәйкес.


Сегнетоэлектриктер – температураның белгілі аралығында спонтандық ( өздігінен пайда болатын) поляризациялануға ие болатын, яғни сыртқы электр өрісінсіз ақ поляризацияланатын диэлектриктер. Сегнетоэлектриктерге сегнет тұзы (NaKC4H4O6∙4H2O), барий титанаты (BaTiO3), калий фосфаты (KH2PO4) жатады.
Сегнетоэлектриктердің негізгі қасиеттері:
1. диэлектрлік өтімділігі өте үлкен мәндерге жете алады (104 –не дейін);




  1. диэлектрлік өтімділігі поляризациялану векторы мен E емес функция;

өрістің E кернеулігіне тәуелді, яғни P өріс кернеулігі арасындағы байланыс сызықты






  1. диэлектрлік гистерезис;




  1. сегнетоэлектрик өзінің ерекше қасиеттерінен айырылуына әкелетін сипатты температураның (Кюри нүктесі) бар болуы.

Кейбір кристалдарда поляризациялану сыртқы электр өрісінсіз де пайда болады, егер кристалл механикалық деформацияға ұшыраса. Бұл құбылыс тура пьезоэлектрлік эффекті деп аталады. Тура пьезоэлектрлік эффектімен қатар кері пьезоэффекті де болады: пьезоэлектриктегі поляризацияның пайда болуы механикалық деформацияларды тудырады.




Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   17   18   19   20   21   22   23   24   ...   27




©www.engime.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет