Поляризация диэлектриков в электрическом поле

- смещение положительного и отрицательного зарядов в противоположные стороны, т.е.ориентация молекул.

Поляризация полярных диэлектриков

Диэлектрик вне эл.поля - в результате теплового движения электрические диполи ориентированы беспорядочно на поверхности и внутри диэлектрика.
q = 0 и Eвнутр = 0

Диэлектрик в однородном эл.поле - на диполи действуют силы, создают моменты сил и поворачивают диполи вдоль силовых линий эл.поля
НО ориентация диполей - только частичная, т.к. мешает тепловое движение.
На поверхности диэлектрика возникают связанные заряды, а внутри диэлектрика заряды диполей компенсируют друг друга.
Таким образом, средний связанный заряд диэлектрика = 0.

Поляризация неполярных диэлектриков - тоже поляризуются в эл.поле: положительные и отрицательные заряды молекул смещаются, центры распределения зарядов перестают совпадать (как диполи), на поверхности диэлектрика возникает связанный заряд, а внутри эл.поле лишь ослабляется. Ослабление поля зависит от свойств диэлектрика.

8. Электри́ ческая инду́ кция (электри́ ческое смеще́ ние) — векторная величина, равная сумме вектора напряжённости электрического поля и вектора поляризации.

В СИ: .

В СГС: .

Величина электрической индукции в системе СГС измеряется в СГСЭ или СГСМ единицах, а в Международной системе единиц (СИ) — в кулонах на м²

Для поля в диэлектрической среде электростатическая теорема Гаусса может быть записана еще и иначе (альтернативным образом) — через поток вектора электрического смещения (электрической индукции). При этом формулировка теоремы выглядит следующим образом: поток вектора электрического смещения через замкнутую поверхность пропорционален заключённому внутри этой поверхности свободному электрическому заряду:

В дифференциальной форме:

Сегнетоэлектрики- диэлектрики, обладающие в определенном интервале температур спонтанной (самопроизвольной) поляризованностью, т.е поляризованностью в отстутствие внешнего электрического поля (сегнетова соль, титанат бария) Пьезоэлектрики – кристаллические вещ-ва, в которых при сжатии или растяжении в определенных направлениях возникает электрическая поляризация даже в отсутствие внешнего электрического поля (прямой пьезоэффект). Наблюдается и обратный пьезоэффект – появление механической деформации под действием электрического поля.

9. электростатическая индукция – явление перераспределния поверхностных зрядов на проводнике во внешнем электростатическом поле.

Вещество или материальное тело, в котором имеются заряды, способные переносить электрический ток, называется проводником. В металлах переносчиками тока служат свободные (т.е. не привязанные к атомам) электроны, в электролитах — ионы, в плазме — и электроны, и ионы. Для электростатических явлений поле внутри проводника равно нулю: E→ in ≡ 0. Механизм исчезновения электрического поля в проводниках связан со смещением свободных зарядов ровно настолько, чтобы как раз компенсировать внешнее электрическое поле, если таковое имеется. При изменении внешнего поля свободные заряды в проводнике перераспределяются, а в момент перераспределения в проводнике течет ток.   Рис. Проводящая пластина в однородном электрическом поле и распределение плотности заряда в объёме проводника. В плазме толщина заряженного слоя на поверхности составляет несколько радиусов Дебая, в металле — несколько длин Ферми. Поскольку E→ in = 0, то и плотность заряда внутри проводника также равна нулю: ρ in = 1 4π divE→ in ≡ 0. Заряды, компенсирующие внешнее поле, могут размещаться только на поверхности проводника. В связи с этим говорят, что проводник квазинейтрален. По аналогии с объёмной плотностью заряда ρ = limΔ V → 0Δ q∕ Δ V, поверхностную плотность определяют, как предел отношения заряда на физически малом участке поверхности Δ q к площади этого участка Δ S: σ = limΔ S→ 0Δ q∕ Δ S. Все точки проводника имеют одинаковый потенциал, так как gradϕ in = − E→ in = 0. Поверхность проводника также эквипотенциальна. Следовательно, электрическое поле перпендикулярно к ней. Этот факт иногда формулируют в виде равенства нулю тангенциальной (касательной к поверхности проводника) проекции внешнего электрического поля E→ t = [[n→, E→ ], n→ ]: E→ t = 0. Здесь и далее n→ обозначает внешнюю нормаль к поверхности проводника.

Если зарядить изолированный проводник, заряд распределится только на поверхности проводника по следующим причинам:

· поскольку одноимённые заряды отталкиваются, избыточные электрические заряды стремятся расположиться как можно дальше друг от друга; это соответствует распределению заряда на поверхности;

· то же можно доказать с помощью теоремы Гаусса: поля внутри проводника быть не может (иначе заряды ещё бы двигались, и не было бы равновесия), следовательно, и поток поля через любую замкнутую поверхность, построенную внутри проводника, равен нулю; из теоремы Гаусса тогда следует, что внутри проводника нет нескомпенсированных электрических зарядов.

Заряд должен распределиться по поверхности проводника таким образом, что бы эта поверхность былаэквипотенциальной. Иначе вдоль поверхности существовало бы электрическое поле, что приводило бы к перемещению зарядов, то есть не было бы равновесия.Электрическое поле, созданное зарядами на изолированном проводнике, всегда направлено перпендикулярно поверхности проводника. Это поле не приводит к движению зарядов, ибо заряды не могут покинуть проводник (на поверхности металла существует потенциальный барьер, " запирающий" электроны внутри металла, так называемая " работа выхода электрона из металла"). Таким образом, еапряженность электростатического поля у поверхности проводника определяется поверхностной плотностью зарядов.

Напряженность поля, создаваемого бесконечной равномерно заряженной плоскостью, E =. σ / ε 0 ε

25. Магнитное поле[1] – силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды (токи) и на тела, обладающие магнитным моментом. Источниками макроскопического магнитного поля являются намагниченные тела, проводники с током и движущиеся электрически заряженные тела. Природа этих источников едина – магнитное поле возникает в результате движения заряженных микрочастиц (электронов, протонов, ионов), а также благодаря наличию у микрочастиц собственного (спинового) магнитного момента. Для описания магнитного поля необходимо ввести силовую характеристику поля, аналогичную вектору напряженности электрического поля. Такой характеристикой является вектор магнитной индукции который определяет силы, действующие на токи или движущиеся заряды в магнитном поле. За положительное направление вектора принимается направление от южного полюса S к северному полюсу N магнитной стрелки, свободно ориентирующийся в магнитном поле. Таким образом, исследуя магнитное поле, создаваемое током или постоянным магнитом, с помощью маленькой магнитной стрелки, можно в каждой точке пространства определить направление вектора Такое исследование позволяет наглядно представить пространственную структуру магнитного поля. Аналогично силовым линиям в электростатике можно построить линии магнитной индукции, в каждой точке которых вектор направлен по касательной. Линии всегда замкнуты.

Модуль вектора магнитной индукции равен отношению максимального значения силы Ампера, действующей на прямой проводник с током, к силе тока I в проводнике и его длине Δ l:

В общем случае сила Ампера выражается соотношением:

Это соотношение принято называть законом Ампера.

Магнитное поле Земли слабо действует на магнитную стрелку компаса, поэтому ее приходится устанавливать на специальных подшипниках. Если же к компасу поднести электромагнит, в обмотках которого про­ходит электрический ток, то действие на стрелку будет значительно сильнее.

Интенсивность магнитного вза­имодействия может быть раз­личной.

По-разному взаимодействуют и парал­лельные проводники с током. Сила взаи­модействия этих проводников будет изменяться, если изменять силу тока в них, рас­стояние между ними, среду, в которой они находятся.

Во всех таких и подобных случаях говорят о поле «слабом» или «сильном». Если для характеристики силового действия электри­ческого поля на электрически заряженное тело используется напряженность, то для магнитного поля — магнитная индукция. По­скольку магнитная индукция характеризует силовое действие магнитного поля, она явля­ется векторной величиной. Для определения направления магнитной индукции сначала воспользуемся магнитной стрелкой, наса­женной на тонкое острие, для уменьшения силы трения.

Как физическая величина магнитная индукция обозначается буквой B̅.

Магнитная индукция — это си­ловая характеристика магнит­ного поля.

Явление электромагнитной индукции было открыто выдающимся английским физиком М. Фарадеем в 1831 г. Оно заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении во времени магнитного потока, пронизывающего контур.

Магнитным потоком Φ через площадь S контура называют величину

где B – модуль вектора магнитной индукции, α – угол между вектором и нормалью к плоскости контура

26.

Радиационные пояса Земли внутренние области земной магнитосферы, в которыхмагнитное поле Земли удерживает заряженные частицы (Протоны, Электроны, Альфа-частицы), обладающие кинетической энергией от десятков кэв до сотен Мэв (в разных областях Р. п. З. энергия частицразлична, см. ст. Земля, раздел Строение Земли). Выходу заряженных частиц из Р. п. З. мешает особаяконфигурация силовых линий геомагнитного поля, создающего для заряженных частиц магнитную ловушку(См. Магнитные ловушки). Захваченные в магнитную ловушку Земли частицы под действием Лоренца силы(См. Лоренца сила)совершают сложное движение, которое можно представить как колебательноедвижение по спиральной траектории вдоль силовой линии магнитного поля из Северного полушария вЮжное и обратно с одновременным более медленным перемещением (долготным дрейфом) вокруг Земли.

Удельным зарядом электрона называется отношение заряда электрона к его массе. Существует множество методов определения удельного заряда электрона. Рассмотрим один из них - метод фокусировки в продольном магнитном поле. Поверхностный потенциал зависит от удельного заряда электронов. Если заряд большой (как у истока), то в силу экранирующего действия этого заряда поверхностный потенциал близок к флор и слабо зависит от напряжения затвора. Если заряд мал (как у стока), то поверхностный потенциал значительно выше и увеличивается при повышении напряжения затвора. Поэтому под затвором возникают разность потенциалов и продольное электрическое поле, тянущее электроны от истока к стоку, формируется проводящий канал и в цепи стока течет ток- определение удельного заряда электрона методами магнитной фокусировки и магнетрона.
Измерение удельного заряда электрона таким методом было впервые выполнено Дж

Магнетрон представляет собой двухэлектродную лампу, которая помещена в магнитное поле. Анод в этой лампе представляет собой металлический цилиндр, по оси которого натягивается нить накала – катод. При подогреве катода из него вылетают электроны. Вылетевшие из катода электроны образуют вокруг катода «электронное облачко». Если между катодом и анодом создать разность потенциалов, то электроны из облачка устремятся к положительно заряженному аноду. В анодной цепи лампы пойдет ток.
Если двухэлектродную лампу поместить в магнитное поле, то электрон попадет в сложное электромагнитное поле.
Известно, что на заряд, движущийся со скоростью v в магнитном поле с индукцией В, действует сила Лоренца
F = e·v·B·sinα
Из формулы видно, что величина силы Лоренца зависит не только от значения скорости и индукции магнитного поля, но и от взаимной ориентации векторов v и В.
Сила Лоренца будет равна 0, если заряд будет двигаться вдоль линии индукции магнитного поля, и будет максимальна при движении заряда в направлении, перпендикулярном индукции магнитного поля.

Ускорителями заряженных частиц назы­ваются устройства, в которых под дей­ствием электрических и магнитных полей создаются и управляются пучки высокоэнергетичных заряженных частиц (элек­тронов, протонов, мезонов и т.д.).

Любой ускоритель характеризуется типом ускоряемых частиц, энергией, со­общаемой частицам, разбросом частиц по энергиям и интенсивностью пучка. Ускорители делятся на непрерывные (из них выходит равномерный по времени пу­чок) и импульсные (из них частицы вы­летают порциями — импульсами). По­следние характеризуются длительностью импульса. По форме траектории и меха­низму ускорения частиц ускорители делят­ся на линейные, циклические и индукци­онные. В линейных ускорителях траекто­рии движения частиц близки к прямым линиям, в циклических и индукционных — траекториями частиц являются окружно­сти или спирали.

Циклотрон — циклический резонан­сный ускоритель тяжелых частиц (прото­нов, ионов). Между полюсами

сильного электромагнита помещается ва­куумная камера, в которой находятся два электрода (1 и 2) в виде полых металличе­ских полуцилиндров, или дуантов. К дуантам приложено переменное электриче­ское поле. Магнитное поле, создаваемое электромагнитом, однородно и перпенди­кулярно плоскости дуантов.

Если заряженную частицу ввести в центр зазора между дуантами, то она, ускоряемая электрическим и отклоняемая магнитным полями, войдя в дуант 1, опишет полуокружность, радиус кото­рой пропорционален скорости частицы К моменту ее выхода из дуанта 1 полярность напряжения изменя­ется (при соответствующем подборе изме­нения напряжения между дуантами), по­этому частица вновь ускоряется и, перехо­дя в дуант 2, описывает там уже полу­окружность большего радиуса и т. д.

Для непрерывного ускорения частицы в циклотроне необходимо выполнить усло­вие синхронизма (условие «резонан­са») — периоды вращения частицы в маг­нитном поле и колебаний электрического поля должны быть равны. При выполне­нии этого условия частица будет двигать­ся по раскручивающейся спирали, полу­чая при каждом прохождении через зазор дополнительную энергию. На последнем витке, когда энергия частиц и радиус ор­биты доведены до максимально допусти­мых значений, пучок частиц посредством отклоняющего электрического поля выво­дится из циклотрона.

Циклотроны позволяют ускорять про­тоны до энергий примерно 20 МэВ. Даль­нейшее их ускорение в циклотроне ограни­чивается релятивистским возрастанием