17-mavzu. O'tkazgichlar elektrostatik maydonda Reja

§ 3. Elektrostatik maydon energiyasi.
Zaryadlangan bo'lgani uchun kondensatorlar energiyaga ega:
(14)
va bo'lgani uchun
(15)
Lekin, S•d=V -kondensator plastinkalari o'rtasidagi hajm. Shuning uchun kondensatorlarning elektr energiyasi:
(16),
bu yerda - hajm birligidagi elektr energiya, boshqacha aytganda, u elektr energiyasining zichligidir.

§4. Elektrostatik maydondagi dielektrik. Dielektrik singdiruvchanlik va dielektriklarning kutblanishi.
Dielektrik – modda bo'lib, uning asosiy elektr xususiyati elektr maydonda qutblanish qobiliyatidir.
Dielektriklar ishlatilish uslubi bo'yicha faol ? boshqariladigan xususiyatli va elektroizolyatsiyali bo'ladi.
Faol dielektriklarni, ularning elektrofizik xususiyatlari bo'yicha qo'llanilishiga qarab ikkiga ajratish mumkin:
segnetoelektriklar – o'zini dielektrik singdiruvchanligini boshqarishga imkon beradigan;
p`ezoelektriklar –mexanik energiyani elektr energiyaga aylantiruvchi va orqaga qayta aylantiruvchi.
Agar dielektrik elektr maydoniga kiritilsa, u qutblanadi (polyarizatsiyalanadi).
Dielektrikka, kuch chiziqlari kirgan tomon manfiy zaryadlanadi, teskari tomoni-musbat zaryadlanadi. Lekin, bu elektrostatik induktsiya emas, chunki metalldagi elektronlar erkin, ular maydon ta'sirida harakatlanadi. Dielektrikda esa erkin elektronlar yo'q, ular bog'langan.
Shuning uchun, dielektrikdagi qutblanish elektronlarning molekula (yoki atom) ichida siljishi bilan bog'langan bo'ladi. Agar dielektrik qutblangan molekulalardan tuzilgan bo'lsa, u holda qutblanish molekulalarning burilishi tufayli yuz beradi.
1. Qutbli bo'lmagan molekulalardan iborat dielektriklarni qutblanishi. Qutbli bo'lmagan molekula (yoki atom) elektr maydoniga kiritilsa, uning elektron buluti bir tomonga, yadrosi esa, qarama-qarshi tomonga siljiydi, natijada molekula dipol` momentga ega bo'lib qoladi. Dielektrikni bir tomoni manfiy, ikkinchi tomoni esa musbat zaryadga ega bo'lib qoladi. Bunday qutblanish elektron qutblanish deb ataladi.
Umumiy holda:
(17).
2. Qutbli molekulalardan tuzilgan dielektriklarni qutblanishi.
Ba'zi molekulalar, elektr nuqtai nazardan nosimmetrikdir, shuning uchun ularda doimiy dipol` momenti bo'ladi. Misol sifatida suv, ammiak, efir, atseton va boshqalarni keltirish mumkin.
Issiqlik xarakati tufayli bu molekulalar xaotik harakatda bo'ladi, bu esa, molekulalarning dipol momentlari har xil yo'nalishda bo'lishiga olib keladi. Shuning uchun, dielektrik qutblanmagan bo'ladi.
Endi, bu dielektrikni elektr maydoniga olib kirsak, qutbli molekulalar maydon yo'nalishiga qarab burila boshlaydi, natijada u qutblanib qoladi. Elektr maydon o'chirilsa, qutblanish ham yo'qoladi, chunki qutbli molekulalar xaotik issiqlik harakatini davom ettiradi.
Bunda dipol` momentlar har xil yo'nalishga qaragan bo'lib qoladi va dipol` momentlarining yig'indisi nolga teng bo'ladi. Bunday qutblanish yo'nalgan qutblanish deb ataladi.
3. Dielektrik singdiruvchanlik. Dielektrikning elektr maydonidagi qutblanishi uning ichidagi maydonni kamayishiga olib keladi.
Kondensator ichiga joylashtirilgan dielektrikni ko'rib chiqamiz. Kondensatorning maydonini , qutblanish maydonini bilan belgilasak, bu ikki maydon qo'shilib dielektrik ichidagi maydonni hosil qiladi.
(2)
Vakuumdagi elektr maydon kuchlanganligining izotrop dielektrik ichidagi maydon kuchlanganligiga bo'lgan nisbati dielektrik singdiruvchanlik deb ataladi:
(3)
Bu parametr, dielektrikning tashqi elektr maydoni ta'sirida qutblanish xususiyatini belgilaydi.
Gazlarda ning qiymati birga yaqin (1,00011,01). Qutubli bo'lmagan dielektrik suyuqliklarda uning qiymati 2?2,5 lar atrofida bo'ladi, qattiq dielektriklarda - 2,58, qutbli suyuqliklarda - 1081 atrofida bo'ladi. Segnetoelektriklarda =10⁴ largacha yetishi mumkin, vakuum uchun esa =1 .
Ikki zaryad o'rtasidagi ta'sir kuchi, Kulon qonuniga binoan, quyidagi formula bilan ifodalanadi:
F= q₁∙q₂ / 4π Ɛ₀∙Ɛ∙r²= F₀ /Ɛ (4),
bu yerda -zaryadlarning vakuumdagi o'zaro ta'sir kuchi.
Demak, Ɛ biror muhit ichidagi ikki zaryad o'rtasidagi ta'sir kuchi vakuumdagiga qaraganda necha marta kamayishini anglatadi.
Bir jinsli izotrop muhit uchun quyidagi formulalar mavjud:
(5)
(6)
(7)
va (8)
Vakuum uchun bu formulalarda Ɛ=1 deb olish kifoya.
Lekin, bu formulani bir jinsli bo'lmagan muhitlar uchun ishlatib bo'lmaydi, chunki muhitlar chegarasida Ɛ sakrab o'zgaradi.
Bu qiyinchilikni bartaraf qilish mumkin, agar yangi maydonning yangi fizikaviy xarakteristikasini - elektr induktsiyasi D ni kiritsak.
Faraz qilamiz-ki, vakuumda bir jinsli elektr maydoni bor deb. Endi vakuumni bir-biriga parallel bo'lgan va dielektrik singdiruvchanliklari bo'lgan kattaliklar bilan to'ldiramiz.
Bu qatlamlarda elektr maydoni har xil bo'lib, ular ga teng bo'ladi, lekin (3) formulaga binoan:
(9)

6-rasm
Bu tenglamani ga ko'paytiramiz:
(10)
Yangi ifoda kiritamiz:
(11)
U xolda quyidagini xosil qilamiz:
(12)
D - elektr induktsiyasi deb ataladi. E dan farqli ravishda xamma dielektriklarda bir xil bo'ladi. Shuning uchun, bir jinsli bo'lmagan muhitlarda maydonni bilan emas bilan ifodalagan yaxshi. Shu tufayli yangi terminlar kiritilgan: induktsiya chiziqlari, induktsiya oqimi.