Диэлектрики - презентация, доклад, проект скачать

Нажмите для полного просмотра!

Содержание ▲

Вы можете ознакомиться и скачать презентацию на тему Диэлектрики. Доклад-сообщение содержит 61 слайдов. Презентации для любого класса можно скачать бесплатно. Если материал и наш сайт презентаций Mypresentation Вам понравились – поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте в закладки в своем браузере.

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1

Описание слайда:

Слайд 2

Описание слайда:

Тема 6. ДИЭЛЕКТРИКИ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ 6.1. Поляризация диэлектриков 6.2. Различные виды диэлектриков 6.3. Вектор электрического смещения 6.4. Поток вектора электрического смещения. 6.5.Теорема Остроградского- Гаусса для векторов и 6.6. Изменение и на границе раздела двух диэлектриков

Слайд 3

Описание слайда:

6.1. Поляризация диэлектриков Все известные в природе вещества, в соответствии с их способностью проводить электрический ток, делятся на три основных класса: диэлектрики полупроводники проводники

Слайд 4

Описание слайда:

В идеальном диэлектрике свободных зарядов, то есть способных перемещаться на значительные расстояния (превосходящие расстояния между атомами), нет. В идеальном диэлектрике свободных зарядов, то есть способных перемещаться на значительные расстояния (превосходящие расстояния между атомами), нет. Но это не значит, что диэлектрик, помещенный в электростатическое поле, не реагирует на него, что в нем ничего не происходит.

Слайд 5

Описание слайда:

Смещение электрических зарядов вещества под действием электрического поля называется поляризацией. Смещение электрических зарядов вещества под действием электрического поля называется поляризацией. Способность к поляризации является основным свойством диэлектриков.

Слайд 6

Описание слайда:

Слайд 7

Описание слайда:

Главное в поляризации – смещение зарядов в электростатическом поле. В результате, каждая молекула или атом образует электрический (дипольный) момент Главное в поляризации – смещение зарядов в электростатическом поле. В результате, каждая молекула или атом образует электрический (дипольный) момент Поляризация диэлектрика – процесс ориентации диполей или появления под действием внешнего электрического поля ориентированных по полю диполей

Слайд 8

Описание слайда:

Внутри диэлектрика электрические заряды диполей компенсируют друг друга. Но на внешних поверхностях диэлектрика, прилегающих к электродам, появляются заряды противоположного знака (поверхностно связанные заряды). Внутри диэлектрика электрические заряды диполей компенсируют друг друга. Но на внешних поверхностях диэлектрика, прилегающих к электродам, появляются заряды противоположного знака (поверхностно связанные заряды).

Слайд 9

Описание слайда:

Обозначим – электростатическое поле связанных (поляризационных) зарядов. Оно направлено всегда против внешнего поля Обозначим – электростатическое поле связанных (поляризационных) зарядов. Оно направлено всегда против внешнего поля Следовательно, результирующее электростатическое поле внутри диэлектрика

Слайд 10

Описание слайда:

Связь между вектором поляризации и поверхностной плотностью поляризационных (связанных) зарядов Рассмотрим бесконечную плоскопараллельную пластину из однородного диэлектрика, помещенного в однородное электрическое поле .Выделим в пластине элементарный объем в виде цилиндра, образующие которого параллельны вектору , а площади оснований цилиндра лежат на поверхности пластины -расстояние между основаниями цилиндра. Рассмотрим цилиндр как макродиполь.

Слайд 11

Описание слайда:

Объем цилиндра Объем цилиндра Электрический (дипольный) момент цилиндра, можно найти по формуле: – поверхностная плотность связанных зарядов.

Слайд 12

Описание слайда:

Введем новое понятие – вектор поляризации – электрический или дипольный момент единичного объема. Введем новое понятие – вектор поляризации – электрический или дипольный момент единичного объема. (4) где n – концентрация молекул в единице объема, – электрический момент одной молекулы (единичного объема).

Слайд 13

Описание слайда:

С учетом этого обстоятельства, С учетом этого обстоятельства, Поляризованность Следовательно (5) Левые и правые части уравнений (3) и (5) равны, следовательно Тогда (6) – проекция вектора поляризации на внешнюю нормаль к поверхности диэлектрика численно равна электрическому заряду, смещаемому через единичную площадку в направлении положительной нормали к ней.

Слайд 14

Описание слайда:

Поверхностная плотность поляризационных (связанных) зарядов равна нормальной составляющей вектора поляризации в данной точке поверхности. Поверхностная плотность поляризационных (связанных) зарядов равна нормальной составляющей вектора поляризации в данной точке поверхности. Отсюда следует, что индуцированное в диэлектрике электростатическое поле E' будет влиять только на нормальную составляющую вектора напряженности электростатического поля .

Слайд 15

Описание слайда:

Для изотропного диэлектрика с неполярными молекулами вектор поляризации можно представить так: Для изотропного диэлектрика с неполярными молекулами вектор поляризации можно представить так: (7) где – поляризуемость молекул, – диэлектрическая восприимчивость – макроскопическая безразмерная величина, характеризующая поляризацию единицы объема.

Слайд 16

Описание слайда:

Следовательно, и у результирующего поля изменяется, по сравнению с ,только нормальная составляющая. Тангенциальная составляющая поля остается без изменения. Следовательно, и у результирующего поля изменяется, по сравнению с ,только нормальная составляющая. Тангенциальная составляющая поля остается без изменения. В векторной форме результирующее поле можно представить так: (8) Результирующая электростатического поля в диэлектрике равно внешнему полю, деленному на диэлектрическую проницаемость среды ε: (9)

Слайд 17

Описание слайда:

Величина характеризует электрические свойства диэлектрика. Величина характеризует электрические свойства диэлектрика. Физический смысл диэлектрической проницаемости среды ε – величина, показывающая во сколько раз электростатическое поле внутри диэлектрика меньше, чем в вакууме: (10)

Слайд 18

Описание слайда:

График зависимости напряженности электростатического поля шара от радиуса, с учетом диэлектрической проницаемости двух сред ( и ), показан на рисунке График зависимости напряженности электростатического поля шара от радиуса, с учетом диэлектрической проницаемости двух сред ( и ), показан на рисунке Как видно из рисунка, напряженность поля изменяется скачком при переходе из одной среды в другую .

Слайд 19

Описание слайда:

6.2.Различные виды диэлектриков Механизмы поляризации: а) полярные диэлектрики – поляризованность возникает в результате ориентирующего действия электрического поля. В слабых полях пропорциональна полю, в сильных полях проявляет насыщение. С увеличением температуры поляризованность убывает. б) неполярные диэлектрики - поляризованность возникает за счет смещения центров положительного и отрицательного зарядов под действием сил поля и пропорциональна его величине. в) сегнетоэлектрики

Слайд 20

Описание слайда:

6.2.1. Сегнетоэлектрики В 1920 г. была открыта спонтанная (самопроизвольная) поляризация. Всю группу веществ, назвали сегнетоэлектрики (или ферроэлектрики). Все сегнетоэлектрики обнаруживают резкую анизотропию свойств (сегнетоэлектрические свойства могут наблюдаться только вдоль одной из осей кристалла). У изотропных диэлектриков поляризация всех молекул одинакова, у анизотропных – поляризация, и следовательно, вектор поляризации в разных направлениях разные.

Слайд 21

Описание слайда:

Основные свойства сегнетоэлектриков: Основные свойства сегнетоэлектриков: 1. Диэлектрическая проницаемость ε в некотором температурном интервале велика( ). 2. Значение ε зависит не только от внешнего поля E0, но и от предыстории образца. 3. Диэлектрическая проницаемость ε (а следовательно, и Р ) – нелинейно зависит от напряженности внешнего электростатического поля (нелинейные диэлектрики).

Слайд 22

Описание слайда:

Это свойство называется диэлектрическим гистерезисом Это свойство называется диэлектрическим гистерезисом Здесь точка а – состояние насыщения.

Слайд 23

Описание слайда:

4. Наличие точки Кюри – температуры, при которой (и выше) сегнетоэлектрические свойства пропадают. При этой температуре происходит фазовый переход 2-го рода. Например, 4. Наличие точки Кюри – температуры, при которой (и выше) сегнетоэлектрические свойства пропадают. При этой температуре происходит фазовый переход 2-го рода. Например, титанат бария: 133º С; сегнетова соль: – 18 + 24º С; ниобат лития 1210º С.

Слайд 24

Описание слайда:

Стремление к минимальной потенциальной энергии и наличие дефектов структуры приводит к тому, что сегнетоэлектрик разбит на домены Стремление к минимальной потенциальной энергии и наличие дефектов структуры приводит к тому, что сегнетоэлектрик разбит на домены

Слайд 25

Описание слайда:

Среди диэлектриков есть вещества, называемые электреты – диэлектрики, длительно сохраняющие поляризованное состояние после снятия внешнего электростатического поля (аналоги постоянных магнитов). Среди диэлектриков есть вещества, называемые электреты – диэлектрики, длительно сохраняющие поляризованное состояние после снятия внешнего электростатического поля (аналоги постоянных магнитов).

Слайд 26

Описание слайда:

6.2.2. Пьезоэлектрики Некоторые диэлектрики поляризуются не только под действием электрического поля, но и под действием механической деформации. Это явление называется пьезоэлектрическим эффектом. Явление открыто братьями Пьером и Жаком Кюри в 1880 году. Если на грани кристалла наложить металлические электроды (обкладки) то при деформации кристалла на обкладках возникнет разность потенциалов. Если замкнуть обкладки, то потечет ток.

Слайд 27

Описание слайда:

Слайд 28

Описание слайда:

Слайд 29

Описание слайда:

6.2.3. Пироэлектрики Пироэлектричество – появление электрических зарядов на поверхности некоторых кристаллов при их нагревании или охлаждении. При нагревании один конец диэлектрика заряжается положительно, а при охлаждении он же – отрицательно. Появление зарядов связано с изменением существующей поляризации при изменении температуры кристаллов.

Слайд 30

Описание слайда:

Все пироэлектрики являются пьезоэлектриками, но не наоборот. Некоторые пироэлектрики обладают сегнетоэлектрическими свойствами. Все пироэлектрики являются пьезоэлектриками, но не наоборот. Некоторые пироэлектрики обладают сегнетоэлектрическими свойствами.

Слайд 31

Описание слайда:

Слайд 32

Описание слайда:

Задание (Тестирование при аккредитации МИЭТ) На рисунке представлены графики, отражающие характер зависимости поляризованности P от напряженности поля Е. Укажите зависимость, соответствующую сегнетоэлектрикам Варианты ответов: 1) 1; 2) 3; 3) 4; 4) 2

Слайд 33

Описание слайда:

6.3. Вектор электрического смещения Имеем границу раздела двух сред с ε1 и ε2, так что, ε1 < ε2

Слайд 34

Описание слайда:

Главная задача электростатики – расчет электрических полей, то есть в различных электрических аппаратах, кабелях, конденсаторах,…. Главная задача электростатики – расчет электрических полей, то есть в различных электрических аппаратах, кабелях, конденсаторах,…. Эти расчеты сами по себе не просты да еще наличие разного сорта диэлектриков и проводников еще более усложняют задачу.

Слайд 35

Описание слайда:

Введём новую векторную величину – вектор электрического смещения (электрическая индукция). Введём новую векторную величину – вектор электрического смещения (электрическая индукция). Из предыдущих рассуждений E1ε1 = ε2E2 тогда ε0ε1E1 = ε0ε2E2 отсюда и

Слайд 36

Описание слайда:

Слайд 37

Описание слайда:

Зная и ε, легко рассчитывать Зная и ε, легко рассчитывать

Слайд 38

Описание слайда:

Слайд 39

Описание слайда:

Для точечного заряда в вакууме Для точечного заряда в вакууме Для имеет место принцип суперпозиции, как и для , т.е.

Слайд 40

Описание слайда:

6.4. Теорема Гаусса для вектора Р При неоднородной поляризации (например, для однородного диэлектрика, находящегося в неоднородном поле, или для неоднородного диэлектрика) поляризационные заряды возникают в объеме диэлектрика и вектор поляризации меняется от точки к точке.

Слайд 41

Описание слайда:

Слайд 42

Описание слайда:

Теорема Гаусса для вектора Р

Слайд 43

Описание слайда:

Замечание о поле вектора . Соотношение (4) нередко дает основание думать, что поле вектора зависит только от связанных зарядов. Поле вектора зависит от всех зарядов, как связанных, так и сторонних, так как Связанные заряды определяют не поле вектора , а поток этого вектора сквозь замкнутую поверхность S. Более того, этот поток определяется не всеми связанными зарядами, а только теми, которые охватывает поверхность S.

Слайд 44

Описание слайда:

6.5. Поток вектора электрического смещения. Пусть произвольную площадку S пересекают линии вектора электрического смещения под углом α к нормали:

Слайд 45

Описание слайда:

Слайд 46

Описание слайда:

Теорему Остроградского-Гаусса для вектора D получим из теоремы Остроградского-Гаусса для вектора E : Теорему Остроградского-Гаусса для вектора D получим из теоремы Остроградского-Гаусса для вектора E :

Слайд 47

Описание слайда:

Теорема Остроградского-Гаусса для Теорема Остроградского-Гаусса для Поток вектора через любую замкнутую поверхность определяется только свободными зарядами, а не всеми зарядами внутри объема, ограниченного данной поверхностью. Это позволяет не рассматривать связанные (поляризованные) заряды, влияющие на и упрощает решение многих задач. В этом смысл введения вектора .

Слайд 48

Описание слайда:

6.6. Изменение и на границе раздела двух диэлектриков Рассмотрим простой случай: два бесконечно протяженных диэлектрика с ε1 и ε2, имеющих общую границу раздела, пронизывает внешнее электростатическое поле .

Слайд 49

Описание слайда:

Пусть Пусть Из п. 4.3 мы знаем, что и

Слайд 50

Описание слайда:

Образовавшиеся поверхностные заряды изменяют только нормальную составляющую а тангенциальная составляющая остается постоянной, в результате направление вектора изменяется: Образовавшиеся поверхностные заряды изменяют только нормальную составляющую а тангенциальная составляющая остается постоянной, в результате направление вектора изменяется:

Слайд 51

Описание слайда:

То есть, направление вектора E изменяется: То есть, направление вектора E изменяется: Это закон преломления вектора напряженности электростатического поля.

Слайд 52

Описание слайда:

Рассмотрим изменение вектора D и его проекций и Рассмотрим изменение вектора D и его проекций и

Слайд 53

Описание слайда:

Т.к. , то имеем: Т.к. , то имеем: т.е. – нормальная составляющая вектора не изменяется. т.е. тангенциальная составляющая вектора увеличивается в раз

Слайд 54

Описание слайда:

закон преломления вектора D .

Слайд 55

Описание слайда:

Проиллюстрируем закон преломления для векторов E и D :

Слайд 56

Описание слайда:

Если среда изотропная, то, как видно из рисунка, при переходе из одной диэлектрической среды в другую вектор – преломляется на тот же угол, что и Если среда изотропная, то, как видно из рисунка, при переходе из одной диэлектрической среды в другую вектор – преломляется на тот же угол, что и Входя в диэлектрик с большей диэлектрической проницаемостью, линии и удаляются от нормали.

Слайд 57

Описание слайда:

Граничные условия для вектора .

Слайд 58

Описание слайда:

Граничные условия для вектора Р Рассмотрим границу двух диэлектриков (см. рис.) Рассмотрим верхний диэлектрик и напишем для него теорему Гаусса для вектора P: 1) - минус появляется из-за того, что используем не внешнюю, а внутреннюю нормаль. Отсюда получается, что 2) - так как поток вектора через нашу поверхность отрицательный, то в правой части получается минус. Отсюда Если сблизить диэлектрики, то можно сделать так: - то есть, на границе диэлектриков происходит скачок вектора P. Если выбрать общую гауссову поверхность, то Будем считать, что , тогда - положительное число. Если , тогда , если среда 2 –вакуум, то