Что такое findslide.org?

FindSlide.org - это сайт презентаций, докладов, шаблонов в формате PowerPoint.


Для правообладателей

Обратная связь

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Яндекс.Метрика

Презентация на тему Диэлектрик

Содержание

Диэлектрик называют неполярным (с ковалентной неполярной химической связью между атомами в молекулах), если в отсутствие внешнего электрического поля «центры тяжести» положительных и отрицательных зарядов в молекулах совпадают, и, следовательно, электрический момент р молекул таких
ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ В ДИЭЛЕКТРИКАХТипы диэлектриков и их поляризацияДиэлектрики - вещества, в которых Диэлектрик называют неполярным (с ковалентной неполярной химической связью между атомами Диэлектрик называют полярным (с ковалентной полярной химической связью между атомами Диэлектрик называют ионным, молекулы которого имеют ионное (кристаллическое) строение (примеры: NaCl, КС1, При внесении всех трех групп диэлектриков во внешнее магнитное поле Соответственно трем группам диэлектриков различают три вида поляризации: Поляризованность. Напряженность поля в диэлектрикеПоляризацию диэлектрика характеризуют векторной величиной - поляризованностью, определяемой Пластина из однородного диэлектрика, заполняющая пространство между двумя бесконечными параллельными Из-за появления на диэлектрике связанных зарядов часть линий напряженности не пройдет сквозь Определим поверхностную плотность связанных зарядов σ’. полный дипольный момент пластинки диэлектрика pV Подставив в выражения       σ'= Р и Можно сделать два вывода. Диэлектрическая проницаемость среды - ε - показывает, Вектор напряженности электростатического поля зависит от свойств среды, и при переходе через Запишем: и Но и согласно Покажем, что вектор D не терпит разрыва Используя, и вектор электрического смещения можно выразить какЕдиница электрического смещения в СИ Связанные заряды появляются в диэлектрике при наличии внешнего электростатического Число линий вектора D, пронизывающих элементарную    площадку dS, нормаль Поток вектора D - зависит не только от конфигурации поля D, но Теорема Гаусса для электростатического поля в диэлектрикеПоток вектора смещения электростатического поля в Для случая вакуума формально формулу можно записать в видеТак как источниками поля Условия для электростатического поля на границе раздела двух диэлектриковНайдем связь между векторами Согласно теореме о циркуляции вектора Е,откуда (знаки интегралов по АВ и Проекция вектора напряженности, параллельная границе раздела называется тангенциальной составляющей вектора Разделив слева Согласно формуле заменив проекции тангенциальные вектора Еτ   	проекциями вектора Dτ, Для получения условий для нормальных составляющих векторов Е и D построим Заменив, всогласно проекции вектора D проекциями вектора Е, умноженными на εоε, получимНормальная Сегнетоэлектрики - кристаллические диэлектрики, обладающие в определенном интервале температур спонтанной (самопроизвольной) поляризованностью. При отсутствии внешнего электрического поля сегнетоэлектрик представляет собой как бы мозаику из Свойства сегнетоэлектриков сильно зависят от температуры. Каждый сегнетоэлектрик характеризуется так называемой точкой В сегнетоэлектриках наблюдается явление диэлектрического гистерезиса (запаздывания), заключающегося в том, что сегнетоэлектрик Чтобы уничтожить остаточную поляризованность, надо приложить электрическое поле обратного направления (-E.). Величину
Слайды презентации

Слайд 2 Диэлектрик называют неполярным (с ковалентной неполярной

Диэлектрик называют неполярным (с ковалентной неполярной химической связью между атомами

химической связью между атомами в молекулах), если в отсутствие

внешнего электрического поля «центры тяжести» положительных и отрицательных зарядов в молекулах совпадают, и, следовательно, электрический момент р молекул таких диэлектриков равен нулю (примером является: N2, Н2, О2, СО2, СН4).
Под действием внешнего электрического поля заряды неполярных молекул смещаются в противоположные стороны (положительные - по полю, отрицательные - против поля) и молекулы приобретают дипольный момент.

Слайд 3 Диэлектрик называют полярным (с ковалентной полярной

Диэлектрик называют полярным (с ковалентной полярной химической связью между атомами

химической связью между атомами в молекулах), если даже при

отсутствии внешнего электрического поля «центры тяжести» положительных и отрицательных зарядов не совпадают.
Молекулы таких диэлектриков всегда обладают дипольным моментом. Примером таких молекул являются: Н2О, NH3, SO2, CO.
При отсутствии внешнего поля дипольные моменты полярных молекул вследствие теплового движения ориентированы в пространстве хаотично и их результирующий момент равен нулю.
Если такой диэлектрик поместить во внешнее поле, то силы этого поля будут стремиться повернуть диполи вдоль поля и возникает отличный от нуля результирующий дипольный момент.

Слайд 4 Диэлектрик называют ионным, молекулы которого имеют ионное (кристаллическое)

Диэлектрик называют ионным, молекулы которого имеют ионное (кристаллическое) строение (примеры: NaCl,

строение (примеры: NaCl, КС1, КВг).
Ионные кристаллы представляют

собой пространственные решетки с правильным чередованием ионов разных знаков.
В этих кристаллах нельзя выделить отдельные молекулы, а рассматривать кристаллы можно как систему двух вдви­нутых одна в другую ионных подрешеток.
При наложении на ионный кристалл электрического поля происходит некоторая деформация кристаллической решетки или относительное смещение подрешеток, приводящее к возникновению дипольных моментов.

Слайд 5 При внесении всех трех групп диэлектриков

При внесении всех трех групп диэлектриков во внешнее магнитное поле

во внешнее магнитное поле происходит поляризация диэлектрика - процесс

ориентации диполей или появления под воздействием внешнего электрического поля ориентированных по полю диполей.
В результате чего возникает отличный от нуля суммарный дипольный момент молекул диэлектрика.


Слайд 6 Соответственно трем группам диэлектриков различают три

Соответственно трем группам диэлектриков различают три вида поляризации:  электронная,

вида поляризации:
электронная, или деформационная, поляризация диэлектрика

с неполярными молекулами.
заключающаяся в возникновении у атомов индуцированного дипольного момента за счет деформации электронных орбит;
ориентационная, или дипольная, поляризация диэлектрика с полярными молекулами,
заключающаяся в ориентации имеющихся дипольных моментов молекул по полю. Тепловое движение препятствует полной ориентации молекул, но в результате совместного действия обоих факторов (электрическое поле и тепловое движение) возникает преимущественная ориентация дипольных моментов молекул по полю. Эта ориентация тем сильнее, чем больше напряженность электрического поля и ниже температура;
ионная поляризация диэлектриков с ионными кристаллическими решетками.
заключающаяся в смещении подрешетки положительных ионов вдоль поля, а отрицательных - против поля, приводящем к возникновению дипольных моментов.

Слайд 7 Поляризованность. Напряженность поля в диэлектрике
Поляризацию диэлектрика характеризуют
векторной

Поляризованность. Напряженность поля в диэлектрикеПоляризацию диэлектрика характеризуют векторной величиной - поляризованностью,

величиной - поляризованностью,
определяемой дипольным моментом единицы объема диэлектрика:
где

дипольный момент диэлектрика

В случае изотропных диэлектриков и не сильных полях поляризованность Р линейно зависит от напряженности поля Е.

æ — диэлектрическая восприимчивость вещества,
характеризующая свойства диэлектрика;
æ - величина безразмерная, причем всегда æ > 0 и для большинства диэлектриков (твердых и жидких) составляет несколько единиц.

— дипольный момент i-й молекулы.

Если диэлектрик изотропный и Е не слишком велико, то


Слайд 8 Пластина из однородного диэлектрика, заполняющая пространство

Пластина из однородного диэлектрика, заполняющая пространство между двумя бесконечными параллельными

между двумя бесконечными параллельными разноименно заряженными плоскостями и находящуюся,

следовательно, в однородном внешнем электрическом поле Е0.
Под действием поля диэлектрик поляризуется, т. е. происходит смещение зарядов. Положительные смещаются вправо по полю, а отрицательные влево - против поля.
На правой грани диэлектрика, обращенного к отрицательной плоскости, будет избыток положительного заряда с поверхностной плотностью +σ,
на левой грани, стороне положительной пластины, избыток отрицательного заряда с поверхностной плотностью –σ.
Эти некомпенсированные заряды, появляющиеся в результате поляризации диэлектрика, называют связанными.

Слайд 9 Из-за появления на диэлектрике связанных зарядов часть линий

Из-за появления на диэлектрике связанных зарядов часть линий напряженности не пройдет

напряженности не пройдет сквозь диэлектрик.
Они будут заканчиваться (или

начинаться) на связанных зарядах.
Соответственно напряженность электрического поля внутри диэлектрика будет меньше, чем Е0.
Появление связанных зарядов приводит к возникновению дополнительного электрического поля Е' (поля, создаваемого связанными зарядами).
Это поле направлено против внешнего поля E0 (поля, создаваемого свободными зарядами) и ослабляет его.

Результирующее поле внутри диэлектрика


Поле

, созданное двумя бесконечными заряженными плоскостями;

поэтому

Е=Е0 – Е'


Слайд 10 Определим поверхностную плотность связанных зарядов σ’.
полный дипольный

Определим поверхностную плотность связанных зарядов σ’. полный дипольный момент пластинки диэлектрика

момент пластинки диэлектрика
pV = PV = PSd,
где

S - площадь грани пластинки, d - ее толщина.

Таким образом. pV =PSd= σ'Sd
а значит σ'= Р,
т. е. поверхностная плотность σ' связанных зарядов равна поляризованности Р.

С другой стороны, полный дипольный момент, по определению

Из определения поляризованости получим, что

равен произведению связанного заряда каждой грани. (Q' = σ'S) на расстояние d между ними, d = l


Слайд 11
Подставив в
выражения

Подставив в выражения    σ'= Р и получимоткуда напряженность

σ'= Р и
получим

откуда напряженность результирующего

поля внутри диэлектрика равна

Безразмерную величину

называют диэлектрической проницаемостью среды.


Слайд 12 и
Можно сделать два вывода. Диэлектрическая проницаемость среды

и Можно сделать два вывода. Диэлектрическая проницаемость среды - ε -

- ε
- показывает, во сколько раз поле ослабляется

диэлектриком,
- характеризует количественно свойство диэлектрика поляризоваться в электрическом поле.

Сравнивая формулы


Слайд 13 Вектор напряженности электростатического поля зависит от свойств среды,

Вектор напряженности электростатического поля зависит от свойств среды, и при переходе

и при переходе через границу диэлектрика претерпевает скачкообразное изменение
Поэтому

помимо вектора Е для характеристики электростатического поля используют вектор электрического смещения, не претерпевающий разрыва на границе двух сред.


где ε0 - электрическая постоянная;
ε - диэлектрическая проницаемость среды.


Электрическое смещение

, создавая затруднения при расчете полей.


Для изотропной среды вектор электрического смещения


Слайд 14 Запишем:
и
Но
и
согласно
Покажем,

Запишем: и Но и согласно Покажем, что вектор D не терпит

что вектор D не терпит разрыва на границе двух

диэлектриков с ε1 и ε2.

Получим,


Слайд 15 Используя,
и
вектор электрического смещения можно выразить

Используя, и вектор электрического смещения можно выразить какЕдиница электрического смещения в

как
Единица электрического смещения в СИ — кулон на метр

в квадрате (Кл/м2:).

Слайд 16 Связанные заряды появляются в диэлектрике

Связанные заряды появляются в диэлектрике при наличии внешнего электростатического

при наличии внешнего электростатического поля. Внешнее поле создается системой

свободных электрических зарядов. В диэлектрике существует электростатическое поле свободных зарядов и, дополнительно, электростатическое поле связанных зарядов.
Результирующее поле в диэлектрике описывается вектором напряженности Е, и потому оно зависит от свойств диэлектрика.
Вектором D описывается электростатическое поле, создаваемое свободными зарядами.
Связанные заряды, возникающие в диэлектрике, могут вызвать перераспределение свободных зарядов, создающих поле.
Вектор D характеризует электростатическое поле, создаваемое свободными зарядами, но при таком их распределении в пространстве, какое имеется при наличии диэлектрика.
Поле D, как и поле Е, изображается с помощью силовых линий вектора электрического смещения, направление и густота которых определяются точно так же, как и для линий вектора напряженности.
Линии вектора Е могут начинаться и заканчиваться на любых зарядах - свободных и связанных, в то время как линии вектора D - только на свободных зарядах.
Через области поля, где находятся связанные заряды, линии вектора D проходят не прерываясь.

Слайд 17 Число линий вектора D, пронизывающих элементарную

Число линий вектора D, пронизывающих элементарную  площадку dS, нормаль п

площадку dS, нормаль п которой образует угол α с

вектором D, DdScosα = DndS,

где Dn - проекция вектора D на нормаль п к площадке dS.

где

Поток вектора D. Теорема Гаусса для поля в диэлектрике

Поток вектора электрического смещения сквозь площадку dS аналогично потоку вектора Е


Слайд 18 Поток вектора D - зависит не только от

Поток вектора D - зависит не только от конфигурации поля D,

конфигурации поля D, но и от выбора направления п.


Единица ФD потока вектора D в СИ - кулон (Кл). 1 Кл равен потоку электрического смещения, связанному с суммарным свободным зарядом 1 Кл.
Для произвольной замкнутой поверхности S поток вектора D сквозь эту поверхность



Слайд 19 Теорема Гаусса для электростатического поля в диэлектрике

Поток вектора

Теорема Гаусса для электростатического поля в диэлектрикеПоток вектора смещения электростатического поля

смещения электростатического поля в диэлектрике сквозь произвольную замкнутую поверхность

равен алгебраической сумме заключенных внутри этой поверхности свободных электрических зарядов.


В случае непрерывного распределения заряда в пространстве с объемной плотностью ρ теорему Гаусса для электростатического поля в диэлектрике можно записать в виде

Поток вектора смещения электростатического поля в диэлектрике сквозь произвольную замкнутую поверхность равен свободному заряду, заключенному в объеме, ограниченном этой поверхностью.


Слайд 20
Для случая вакуума формально формулу можно записать в

Для случая вакуума формально формулу можно записать в видеТак как источниками

виде
Так как источниками поля E в среде являются как

свободные, так и связанные заряды, то теорему Гаусса для поля Е в самом общем виде можно записать как

где

и

соответственно алгебраические суммы свободных и связанных зарядов, охватываемых замкнутой поверхностью S.

Однако эта формула неприемлема для описания поля Е в диэлектрике, так как она выражает свойства неизвестного поля Е через связанные заряды, которые, в свою очередь, определяются им же.

Это еще раз доказывает целесообразность введения вектора электрического смещения.



Слайд 21 Условия для электростатического поля на границе раздела двух

Условия для электростатического поля на границе раздела двух диэлектриковНайдем связь между

диэлектриков
Найдем связь между векторами поля (Е и D) на

границе раздела двух однородных изотропных диэлектриков с диэлектрическими проницаемостями ε1, и ε2.
Границу раздела будем считать плоской и на ней свободные заряды отсутствуют.

Вблизи границы раздела диэлектриков 1 и 2 построим небольшой замкнутый контур в виде прямоугольника ABCDA длиной l, две стороны которого параллельны границе раздела, а две другие - перпендикулярны ей.


Слайд 22
Согласно теореме о циркуляции вектора Е,
откуда

(знаки интегралов

Согласно теореме о циркуляции вектора Е,откуда (знаки интегралов по АВ

по АВ и CD разные, так как пути интегрирования

противоположны, а интегралы по участкам ВС и DA ничтожно малы).

и

Поэтому


Слайд 23 Проекция вектора напряженности, параллельная границе раздела называется тангенциальной

Проекция вектора напряженности, параллельная границе раздела называется тангенциальной составляющей вектора Разделив

составляющей вектора
Разделив слева и справа на
получим:
Тангенциальная

вектора Еτ одинакова по обе стороны границы раздела (не претерпевает скачка), т. е. является непрерывной

Слайд 24 Согласно формуле
заменив проекции тангенциальные вектора Еτ

Согласно формуле заменив проекции тангенциальные вектора Еτ  	проекциями вектора Dτ,

проекциями вектора Dτ, деленными на εε0, получим
и окончательно:
Тангенциальная

составляющая вектора D на границе раздела двух диэлектриков претерпевает скачок (преломляется).

Слайд 25
Для получения условий для нормальных составляющих векторов Е

Для получения условий для нормальных составляющих векторов Е и D

и D построим прямой цилиндр ничтожно малой высоты, одно

основание которого находится в первом диэлектрике, другое — во втором.
Основания ΔS настолько малы, что в пределах каждого из них вектор D одинаков. Согласно теореме Гаусса, для поля в диэлектрике, где нет свободных зарядов

получим

(нормали n и n' к основаниям цилиндра направлены противоположно).

Нормальная составляющая вектора D является непрерывной, не претерпевая скачка.

Поэтому


Слайд 26 Заменив, в
согласно
проекции вектора D проекциями вектора Е,

Заменив, всогласно проекции вектора D проекциями вектора Е, умноженными на εоε,

умноженными на εоε, получим
Нормальная составляющая вектора Е на границе

раздела двух диэлектриков претерпевает скачок.
Таким образом, если на границе раздела двух однородных изотропных диэлектриков свободных зарядов нет, то при переходе этой границы составляющие Еτ и Dn изменяются непрерывно (не претерпевают скачка), а составляющие Еп и Dτ претерпевают скачок.
Из условий для составляющих векторов Е и D следует, что линии этих векторов испытывают излом (преломляются).

Слайд 27 Сегнетоэлектрики - кристаллические диэлектрики, обладающие в определенном интервале

Сегнетоэлектрики - кристаллические диэлектрики, обладающие в определенном интервале температур спонтанной (самопроизвольной)

температур спонтанной (самопроизвольной) поляризованностью. Поляризованность, в отсутствие внешнего электрического

поля, существенно изменяется под влиянием внешних воздействий таких как изменения температуры, электрического поля, деформации.

Впервые эти свойства обнаружены И.В. Курчатовым и П.П. Кобеко (1930) при исследовании кристаллов сегнетовой соли NаКС4Н4О6⋅4Н,О. Она и дала название сегнетоэлектрики этому типу кристаллов.

В дальнейшем оказалось, что подобными свойствами обладают титанат бария, дигидрофосфат калия и т. д.


Слайд 28 При отсутствии внешнего электрического поля сегнетоэлектрик представляет собой

При отсутствии внешнего электрического поля сегнетоэлектрик представляет собой как бы мозаику

как бы мозаику из доменов. Доменами называются области с

различными направлениями поляризованности. На рисунке стрелками указаны направления вектора поляризованности.

При внесении сегнетоэлектрика во внешнее поле происходит переориентация дипольных моментов доменов по полю. Возникшее при этом суммарное электрическое поле доменов будет поддерживать их некоторую ориентацию даже после прекращения действия внешнего поля.
Поэтому сегнетоэлектрики имеют аномально большие значения диэлектрической проницаемости (для сегнетовой соли, например, εсегн ~ 104).

В смежных доменах эти направления различны, и в целом дипольный момент диэлектрика равен нулю.


Слайд 29 Свойства сегнетоэлектриков сильно зависят от температуры.
Каждый сегнетоэлектрик

Свойства сегнетоэлектриков сильно зависят от температуры. Каждый сегнетоэлектрик характеризуется так называемой

характеризуется так называемой точкой Кюри.
Точка Кюри это характерная для

каждого типа сегнетоэлектриков температура, выше которой их необычные электрические свойства исчезают.
При этом сегнетоэлектрик превращается в обычный полярный диэлектрик. При охлаждении материала сегнетоэлектрические свойства восстанавливаются.
Как правило, сегнетоэлектрики имеют только одну точку Кюри; исключение составляют лишь сегнетова соль (—18 и +24 °С) и изоморфные с нею соединения.
В сегнетоэлектриках вблизи точки Кюри наблюдается также резкое возрастание теплоемкости вещества. Превращение сегнетоэлектриков в обычный диэлектрик, происходящее в точке Кюри, сопровождается фазовым переходом II рода.

Слайд 30 В сегнетоэлектриках наблюдается явление диэлектрического гистерезиса (запаздывания), заключающегося

В сегнетоэлектриках наблюдается явление диэлектрического гистерезиса (запаздывания), заключающегося в том, что

в том, что сегнетоэлектрик имеет разные значения поляризованное при

одной и той же напряженности электрического поля (в зависимости от значения предварительной поляризованности образца).

При увеличении напряженности Е внешнего электрического поля поляризованность Р растет, достигая насыщения (кривая l). Уменьшение Р с уменьшением Е происходит по кривой 2, и при E = 0 сегнетоэлектрик сохраняет остаточную поляризованность Рос, т. е. сегнетоэлектрик остается поляризованным в отсутствие внешнего электрического поля.


  • Имя файла: dielektrik.pptx
  • Количество просмотров: 177
  • Количество скачиваний: 1