Диэлектрики в электрическом поле
Диэлектриками (или изоляторами) называются вещества, не способные проводить электрический ток. Идеальных изоляторов в природе не существует. Все вещества хотя бы в ничтожной степени проводят электрический ток. Однако вещества, называемые диэлектриками, проводят ток в 101Б—!020раз хуже, чем вещества, называемые проводниками.
Если диэлектрик внести в электрическое поле, то это поле и сам диэлектрик претерпевают существенные изменения. Чтобы понять, почему это происходит, нужно учесть, что в составе атомов и молекул имеются положительно заряженные ядра и отрицательно заряженные электроны.
Всякая молекула представляет собой систему с суммарным зарядом, равным нулю. Линейные размеры этой системы очень малы (порядка нескольких ангстрем)). Поле, создаваемое подобной системой, определяется величиной и ориентацией дипольного электрического момента
У симметричных молекул (таких как Н2, О2Nа) в отсутствие внешнего электрического поля центры тяжести положительных и отрицательных зарядов совпадают. Такие молекулы не обладают собственным дипольным моментом и называются н е п о л я рн ы ми. У несимметричных молекул (таких, например, как СО, NH, HСl и т. п.) центры тяжести зарядов разных знаков сдвинуты друг относительно друга. В этом случае молекулы обладают собственным дипольным моментом,и называются полярными.
Под действием внешнего электрического поля заряды в неполярной молекуле смещаются друг относительно друга: положительные по направлению поля, отрицательные против поля. В результате молекула приобретает дипольный момент, величина которого, как показывает опыт, пропорциональна напряженности поля. В рационализованнрй системе коэффициент пропорциональности записывают в виде βεо, где ε0— электрическая постоянная, а β — величина, называемая поляризуемостью мо л е кул ы. Учтя, что направления р и Е совпадают, можно написать
Цепи постоянного тока и правила Кирхгофа
В цепи с ЭДС имеем I -сила тока; ε -ЭДС; R –внешн.сопр. r –внутр.сопр.
Послед.соед.– R=Σ(R). Паралл.соед.– R=Σ(1/R) Разветвленные цепи – это сложные цепи содержащие узлы.Любая точка разветвления цепи, в которой сходится не менее трех проводников с током, называется узлом. При этом ток, входящий в узел, считается положительным, а ток, выходящий из узла,— отрицательным.
Первое правило Кирхгофа: алгебраическая сумма всех токов, сходящихся в любом узле, равна нулю:
Первое правило Кирхгофа вытекает из закона сохранения электрического заряда.
Уравнение выражает второе правило Кирхгофа: в любом замкнутом контуре, произвольно выбранном в разветвленной электрической цепи, алгебраическая сумма произведений сил токов Ii, на сопротивления Ri соответствующих участков этого контура равна алгебраической сумме э.д.с. ε встречающихся в этом контуре.Поэтому ток совпадающий с направлением обхода контура, считается положительным. Эдс создает электроток совпадающий с направлением обхода контура, считается положительным.При расчете сложных цепей постоянного тока с применением правил Кирхгофа необходимо:1. Выбрать произвольное направление токов на всех участках цепи; действительное направление токов определяется при решении задачи: если искомый ток получится положительным, то его направление было выбрано правильно, отрицательным — его истинное направление противоположно выбранному.2. Выбрать направление обхода контура и строго его придерживаться; произведение IR положительно, если ток на данном участке совпадает с направлением обхода, и наоборот, э.д.с., действующие по выбранному направлению обхода, считаются положительными, против — отрицательными.
Магнитное поле
Взаимодействие токов осуществляется через поле, называемое магнитным. Это название происходит от того, что, как обнаружил в 1820 г. Эрстед, поле, возбуждаемое током, оказывает ориентирующее действие на магнитную стрелку. В опыте Эрстеда проволока, по которой тек ток, была натянута над магнитной стрелкой, вращающейся на игле. При включении тока стрелка устанавливалась перпендикулярно к проволоке. Изменение направления тока заставляло стрелку повернуться в противоположную сторону,
Из опыта Эрстеда следует, что магнитное поле имеет направленный характер и должно характеризоваться векторной величиной. Эту величину принято обозначать буквой В. Логично было бы по аналогии с напряженностью электрического поля Е назвать В напряженностью магнитного поля. Однако по историческим причинам основную силовую характеристику магнитного поля назвали магнитной индукцией. Название же напряженность магнитного поля оказалось присвоенным вспомогательной величине Н, аналогичной вспомогательной характеристике D электрического поля.
Магнитное поле в отличие от электрического не оказывает действия па покоящийся заряд. Сила возникает лишь тогда, когда заряд движется.
Проводник с током представляет собой электрически нейтральную систему зарядов, в которой заряды одного знака движутся в одну сторону, а заряды другого знака движутся в противоположную сторону (либо покоятся). Отсюда следует, что магнитное поле порождается движущимися зарядами.
Итак, движущиеся заряды (токи) изменяют свойства окружающего их пространства — создают в нем магнитное поле. Это поле проявляется в том, что на движущиеся в нем заряды (токи) действуют силы.
Опыт дает, что для магнитного поля, как и для электрического, справедлив принцип суперпозиции: поле В, порождаемое несколькими движущимися зарядами (токами), равно векторной сумме полей Вi порождаемых каждым зарядом (током) в отдельности: