Диэлектрическая проницаемость

Видео: Электростатика | диэлектрическая проницаемость среды

Уровень поляризуемости вещества характеризуется особенной величиной, которую называют диэлектрическая проницаемость. Рассмотрим, что это за величина.

Допустим, что напряженность однородного поля между двух заряженных пластин в пустоте равна Е . Теперь заполним промежуток между ними любым диэлектриком. Электрические заряды, которые появятся на границе между диэлектриком и проводником благодаря его поляризации, частично нейтрализуют воздействие зарядов на пластинах. Напряженность Е данного поля станет меньше напряженности Е .

Опыт обнаруживает, что при последовательном заполнении промежутка между пластинами равными диэлектриками, величины напряженности поля окажутся разными. Поэтому зная величину отношения напряженности электрополя между пластинами в отсутствие диэлектрика Е и при наличии диэлектрика Е, можно определять его поляризуемость, т.е. его диэлектрическую проницаемость. Эту величину принято обозначать греческой буквой (эпсилон). Следовательно, можно написать:

= Е /Е.

Диэлектрическая проницаемость демонстрирует, во сколько раз напряженность поля данных зарядов в диэлектрике (однородном) будет меньше, чем в вакууме.

Уменьшение силы взаимодействия между зарядами вызвано процессами поляризации среды. В электрическом поле электроны в атомах и молекулах уменьшаются по отношению к ионам, и возникает дипольный момент. Т.е. те молекулы, у которых есть свой дипольный момент (в частности молекулы воды), ориентируются в электрическом поле. Эти моменты создают собственное электрическое поле, противодействующее тому полю, которое вызвало их появление. В результате суммарное электрическое поле уменьшается. В небольших полях это явление описывают с помощью понятия диэлектрической проницаемости.

Ниже приведена диэлектрическая проницаемость в вакууме различных веществ:

Воздух……………………………....1,0006

Парафин…………………………....2

Плексиглас (оргстекло)……3-4

Эбонит……………………………..…4

Фарфор……………………………....7

Стекло…………………………..…….4-7

Видео: Относительная диэлектрическая проницаемость

Слюда……………………………..….4-5

Шелк натуральный............4-5

Шифер..............................6-7

Янтарь…………………………...……12,8

Вода………………………………...….81

Данные значения диэлектрической проницаемости веществ относятся к окружающим температурам в пределах 18—20 °С. Так, диэлектрическая проницаемость твердых тел незначительно изменяется с температурой, исключением являются сегнетоэлектрики.

Напротив, у газов она уменьшается из-за повышения температуры и возрастает в связи с увеличением давления. В практике диэлектрическая проницаемость воздуха принимается за единицу.

Примеси в небольших количествах мало влияют на уровень диэлектрической проницаемости жидкостей.

Если два произвольных точечных заряда поместить в диэлектрик, то напряженность поля, создаваемого каждым из этих зарядов в точке нахождения другого заряда, уменьшается в раз. Из этого следует, что сила, с которой эти заряды взаимодействуют один с другим, также в раз меньше. Поэтому закон Кулона для зарядов, помещенных в диэлектрик, выражается формулой:

F = (q q )/( r ).

в системе СИ:

F = (q q )/(4&pi- r ),

где F — является силой взаимодействия, q и q , — величины зарядов, — является абсолютной диэлектрической проницаемостью среды, г — дистанция между точечными зарядами.

Значение численно можно показать в относительных единицах (по отношению к значению абсолютной диэлектрической проницаемости вакуума ). Величина = / называют относительной диэлектрической проницаемостью. Она раскрывает, во сколько раз взаимодействие между зарядами в бесконечной однородной среде слабее, чем в вакууме- = / часто называют комплексная диэлектрическая проницаемость. Численное значение величины , а также ее размерность зависимы от того, какая система единиц выбрана- а значение - не зависит. Так, в системе СГСЭ = 1 (эта четвертая основная единица)- в системе СИ диэлектрическая проницаемость вакуума выражается:

= 1/(4&pi- 9 10 ) фарада/метр = 8,85 10 ¹- ф/м (в этой системе является производной величиной).