Dielectrici in camp electric

Dielectrici in camp electric

Spre deosebire de conductori, in care exista sarcini libere, in dielectrici sarcinile electrice sunt "legate", adica nu parasesc sistemul atomic caruia ii apartin.

Acest fenomen poarta numele de polarizare.

11.1 Dipolul electric

Directia care uneste centrele celor doua sarcini electrice se numeste axa dipolului.

Se defineste momentul electric dipolar prin relatia

= q (11.1)

unde reprezinta vectorul de pozitie al sarcinii pozitive in raport cu cea negativa (Fig.11.1).

Fig.11.1 Dipolul electric

Moleculele unor dielectrici au momente electrice dipolare numai in prezenta campului extern. Polarizarea unui astfel de dielectric dispare la inlaturarea campului. Exista insa si dielectrici ale caror molecule

In absenta unui camp electric extern dipolii permanenti sunt orientati la intamplare datorita agitatiei termice.

La aplicarea campului electric extern dipolii permanenti se vor roti tinzand sa se alinieze pe directia campului, adica va apare o polarizare de orientare, pe langa polarizarile induse ca urmare a modificarii distantei dintre sarcinile dipolilor.

11.2.Polarizarea dielectricului

Indiferent de tipurile de polarizare care apar la aplicarea campului electric extern, suma vectoriala a tuturor momentelor electrice dipolare va fi diferita de zero. Pentru a caracteriza gradul de polarizare a unui dielectric se defineste vectorul polarizare sau intensitatea de polarizare , egal cu suma vectoriala a momentelor electrice dipolare din unitatea de volum V:

(11.2)

In cazul unui dielectric omogen aflat intr-un camp electric constant, momentul electric total al unei placi dielectrice de forma paralelipipedica (Fig.11.2.a) va fi dat numai de sarcinile q_p care au aparut ca rezultat al polarizarii, pe fetele exterioare ale dielectricului perpendicular pe directia campului electric aplicat (sarcinile din interiorul dielectricului se compenseaza). Sarcinile de polarizare q_p de pe suprafata dielectricului sunt sarcini legate. Daca aria placii de dielectric perpendicular' pe camp este S iar lungimea sa pe directia campului L , vectorul polarizare va avea valoarea:

(11.3)

unde reprezinta densitatea superficiala a sarcinilor de polarizare.

Fig.11.2. Polarizarea dielectricului

Daca dielectricul este asezat in camp la un unghi de inclinare α fata de directia campului (ca in fig.11.2b) atunci valoarea polarizarii se obtine din relatia:

P = (11.4)

L' fiind distanta dintre sarcinile de polarizare de pe cele doua suprafete pe directia campului. Relatia (11.4) poate fi scrisa sub forma:

(11.5)

unde este vectorul unitate al normalei al suprafata S.

In cazul dielectricilor neomogeni sau al campurilor externe neuniforme, sarcinile din interiorul dielectricului polarizat nu se vor mai compensa, deoarece intr-un element de volum in timpul polarizarii ar putea intra o sarcina diferita de cea care iese. Dielectricul va avea deci o densitate volumica de polarizare .

Consideram o suprafata inchisa in interiorul unui dielectric polarizat neuniform (Fig.11.3).

Fig.11.3.Suprafata inchisa in interiorul unui dielectric

Daca printr-o suprafata elementara dS iese in timpul polarizarii sarcina:

dq_p = ,

prin toata suprafata va iesi sarcina:

q_p = (11.6)

iar volumul V va apare o sarcina de polarizare egala si de semn contrar, adica:

q_p = - (11.7)

Din (11.6) si (11.7) rezulta aplicand teorema lui Gauss,

q_p = - (11.8)

INTREBARI

1.Se plaseaza o bucata de dielectric intr-un camp electric. Campul electric din interiorul dielectricului creste sau scade?

a) creste,

b) scade,

c) nu se modifica,

d) este cazul unei sumari vectoriale, ceea ce inseamna ca valoarea in modul a campului creste,

e) este cazul unei sumari vectoriale, ceea ce inseamna ca valoarea in modul a campului scade.

2. Polarizarea dielectrica se exprima prin relatia:

a)

b)

c)

d)

e)

3. Care dintre exprimarile de mai jos sunt corecte?

a) Inductia electrica este suma dintre vectorul cimp electric aplicat si vectorul polarizare,

b) Inductia electrica este produsul dintre vectorul camp electric aplicat, constanta dielectrica a vidului si susceptibilitatea dielectrica,

c) Inductia electrica este produsul dintre susceptibilitatea dielectrica, constanta dielectrica a vidului, vectorul camp electric aplicat si densitatea volumica de sarcina electrica,

d) Inductia electrica este egala cu deplasarea electrica,

e) Inductia electrica se poate constata numai in materiale dielectrice in care campul electric afecteaza orientarea dipolilor electrici.

4. Prin ce se caracterizeaza materialele dielectrice polare?

a) moleculele polare au structura asimetrica,

b) polarizarea acestor materiale se mentine numai in prezenta campului

c) moleculele polare au structuira simetrica,

d) moleculele acestor dielectrici au momente electrice dipolare numai in prezenta campului extern,

e) polarizarea acestor materiale nu este conditionata de prezenta campului.

5. In cazul unui placi de dielectric omogen plasata intr-un camp electric constant, momentul electric total va fi dat:

a) numai de sarcinile care au aparut pe fetele exterioare ale dielectricului (sarcinile din interiorul dielectricului se compenseaza),

b) numai de sarcinile care au aparut pe fetele exterioare ale dielectricului perpendicular pe directia campului electric aplicat (sarcinile din interiorul dielectricului se compenseaza),

c) numai de sarcinile care au aparut pe fetele interioare ale dielectricului

d) de totalitatea sarcinilor din dielectric,

e) de totalitatea dipolilor electrici din dielectric (sarcinile din interiorul dielectricului se compenseaza).