3: Поляризація та провідність
- Page ID
- 34628
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
Наявність речовини змінює електричне поле, оскільки, незважаючи на те, що матеріал зазвичай є нейтральним зарядом, поле всередині матеріалу може спричинити рух заряду, зване провідністю, або невеликими зміщеннями заряду, які називаються поляризацією. Через велику кількість атомів, 6.02 x 10 23 на грам молекулярної маси (число Авогадро), незначні дисбаланси в розподілі мають великий вплив на поля всередині і зовні матеріалів. Потім ми повинні самостійно послідовно вирішувати для електричного поля з його впливом на рух заряду та перерозподіл у матеріалах, з зарядами, результуючим ефектом назад як інше джерело електричного поля.
- 3.1: Поляризація
- У багатьох електроізоляційних матеріалах, званих діелектриками, електрони щільно пов'язані з ядром. Вони не рухливі, але якщо застосувати електричне поле, негативна хмара електронів може трохи зміщуватися від позитивного ядра, як показано на малюнку 3-1а.
- 3.2: Провідність
- На відміну від діелектриків, більшість металів мають свою зовнішню смугу електронів лише слабо пов'язані з ядром і вільні рухатися в прикладеному електричному полі.
- 3.3: Польові граничні умови
- У багатьох задачах є поверхня розриву, що розділяє різнорідні матеріали, такі як між провідником і діелектриком, або між різними діелектриками. Ми повинні визначити, як змінюються поля, коли ми перетинаємо інтерфейс, де властивості матеріалу різко змінюються.
- 3.4: Опір
- Два провідника, що підтримуються при різниці потенціалів V в межах провідного середовища, кожен буде пропускати загальний струм I, як показано на малюнку 3-15.
- 3.5: Ємність
- Паралельні пластинчасті електроди скінченного розміру, обмежені різницею потенціалів v, укладають діелектричне середовище з діелектричною проникністю\(\varepsilon\). Поверхнева щільність заряду розподіляється не рівномірно, як ілюструють лінії окантовки поля для нескінченно тонких паралельних пластинчастих електродів на малюнку 3-17а.
- 3.6: Носій з втратами
- Багато матеріалів описуються як постійною діелектричною проникністю, так\(\varepsilon\) і постійною омічною провідністю\(\sigma\). Коли такий матеріал поміщається між електродами, чи є у нас конденсатор або резистор? Напишемо керівні рівняння збереження заряду та закон Гаусса з лінійними конститутивними законами:
- 3.7: Польові залежні розподіли просторового заряду
- У розділі 3-6-1 показано, що стаціонарний омічний провідник з постійною провідністю не підтримує стаціонарний об'ємний розподіл заряду.
- 3.8: Енергія, що зберігається в діелектричному середовищі
- Робота, необхідна для складання розподілу заряду, зберігається як потенційна енергія в електричному полі, тому що якщо заряди дозволяють рухатися, ця робота може бути відновлена як кінетична енергія або механічна робота.
- 3.9: Поля та їх сили
- Плутанина виникає при застосуванні закону Кулона, щоб знайти перпендикулярну силу на аркуші поверхневого заряду, оскільки нормальне електричне поле різне на кожній стороні аркуша.
- 3.10: Електростатичні генератори
- У 1930-х роках надійні засоби генерації високих напруг були необхідні для прискорення заряджених частинок в атомних дослідженнях.