Атом Резерфорда – Бора Элементы квантовой механики Элементы квантовой физики атомов и молекул Геометрическая и физическая оптика Магнитный момент атома Фононы Электропроводность полупроводников

Диэлектрики во внешнем электрическом поле.

Электрическое поле диполя. Диполь во внешнем электрическом поле.

Электрическим диполем называется система двух одинаковых по величине, но разноименно заряженных частиц. Прямая, проходящая через оба заряда, называется осью диполя.

 Найдем потенциал и напряженность поля в точке, характеризующейся полярными координатами r и θ, относительно центра диполя. Расстояния от центра диполя до каждого из зарядов равно a, тогда расстояния от зарядов до выбранной точки пространства равно:

потенциал в точке наблюдения равен , вводя понятие дипольного момента, получим .

Для нахождения напряженности поля найдем производные  - радиальная составляющая, , тогда

Потенциальная энергия диполя во внешнем поле , вращающий момент, действующий на диполь .

Диэлектрики во внешнем электрическом поле.

Диэлектриками называются вещества, не способные проводить электрический ток. В диэлектрике все заряды находятся в связанном состоянии (положительно заряженные ядра атомов и отрицательные электронные оболочки), поэтому при внесении диэлектрика во внешнее поле атом поляризуется (приобретает дипольный момент), и внутреннее поле диэлектрика определяется суммарным дипольным моментом его атомов .

Электроны движутся с огромными скоростями, поэтому дипольный момент атома на практике определяется средним значением радиус-вектора . У симметричных молекул, таких как Н2, О2, N2 в отсутствии внешнего поля центры тяжести положительного и отрицательного зарядов совпадают, поэтому они не обладают собственным дипольным моментом и называются неполярными. У несимметричных молекул, таких как СО, NH, HCl, центры тяжести положительных и отрицательных зарядов в отсутствии внешнего поля не совпадают и молекулы обладают собственным дипольным моментом и называются полярными. Под действием внешнего поля заряды неполярной молекулы смещаются друг относительно друга: положительный по полю, отрицательный – против поля и молекула приобретает дипольный момент, величина которого пропорциональна напряженности внешнего поля . Здесь β – поляризуемость молекулы. Действие внешнего поля на полярную молекулу сводится к стремлению повернуть молекулу так, чтобы ее дипольный момент выровнялся по направлению внешнего поля.

Примеры решения задач по теме №1

Пример 1.1. Самолет движется со скоростью 18 км/ч. С некоторого момента он начинает двигаться с ускорением a в течение 10 с, а последние 110 м проходит за одну секунду. Определить ускорение и конечную скорость самолета.

Дано: =18 км/ч=5м/с,

t1=10 с,

t2=1 с,

S2=110 м.

Найти: a,

Решение


Весь путь, проделанный самолетом, делится на два S1 и S2 (рис.1).

Рис. 1.

Запишем для двух этих участков уравнения движения:

;  (1.1.1)

 (1.1.2)

и законы изменения скорости:

;  (1.1.3)

. (1.1.4)

Подставим (1.1.3) в (1.1.2):

. (1.1.5)

Выразим a:

. (1.1.6)

Подставим в (1.1.6) числовые данные:

.

Теперь подставим (1.1.3) в (1.1.4) и вычислим конечную скорость:

.

Ответ: ускорение самолета a=10м/с2, конечная скорость самолета =115м/с.

Поляризация диэлектриков. Чтобы охарактеризовать поляризацию диэлектрика в данной точке, введем дипольный момент единицы объема диэлектрика и назовем его поляризованностью диэлектрика  - у изотропных диэлектриков поляризованность пропорциональна напряженности внешнего поля. Коэффициент пропорциональности называется диэлектрической восприимчивостью χ. Для неполярных диэлектриков , где n – концентрация молекул, тогда . Для полярных диэлектриков тепловое движение стремится хаотически ориентировать дипольные моменты молекул и в результате устанавливается преимущественное направление дипольных моментов, совпадающее с направлением внешнего поля. Диэлектрическая восприимчивость таких молекул обратно пропорциональна их температуре.

Энергия конденсатора. Рассмотрим конденсатор как систему зарядов, находящихся на его пластинах, тогда энергия системы зарядов равна  (4) С учетом формулы (3) выражение (4) можно записать как  (4*)


Состав и основные характеристики атомного ядра