Так вот, повторяю ещё раз, что с точки зрения
электростатики, классической, классической теории, проводник – это
совокупность зарядов, но только зарядов одного знака к своим
местам, то есть, привязанный образует решётку, и, как бы, при
наложении внешнего поля они как бы свои, ну, не смещаются
из своих мест.
А, заряды другого знака могут свободно перемещаться по образцу, могут ска...,
скапливаться в отдельных местах, может на поверхности, или даже
в об, может быть в каких-то случаях и в объёме.
Это проводник.
А если предложить постоянное, постоянное напряжение,
создать постоянное поле, то появится электрический ток.
Это вы тоже знаете, да?
Что же такое диэлектрики?
Это тоже вещество, состоящее из заряженных частиц.
Ну, вы хорошо знаете, что атомы и молекулы состоят из
заряженных частиц, но только, это
электронейтральные объекты, атомы и молекулы не...,
электронейтральны, и заряды, составляющие эти частицы, не
могут далеко уйти друг от друга, и вот мы должны научиться
описывать вот такие вот влияния, таких веществ на поле, на,
и описывать электрическое поле внутри таких веществ.
Ну, так вот, эти заряды, которые друг от друга оторваться не
могут, и перемещаться по всему объёму образца не могут, называются связанными.
А чаще употребляется термин, и сейчас вы поймёте почему, заряды поляризационные.
Вот, оказывается, существуют два основных механизма влияния
вот таких веществ, диэлектриков, на электрическое поле.
Вот давайте мы так рассмотрим, собственно
мы сейчас познакомимся с двумя разными моделями.
Первая модель такая: есть много веществ, у которых
молекулы, хотя и являются
электронейтральными, но обладают дипольным моментом.
Таких веществ очень много, такие молекулы называются полярными.
Ну, например, самый простой, и известное нам вещество это - вода.
Молекула воды Н два О.
Она на самом деле имеет вот такое хитрое
строение, ну вот если рисовать центры атомов, да?
То вот имеет место вот такая картинка.
Это вот О, ну скажем, два минуса, а это Н плюс, и это Н плюс.
И вот если, оказывается, что их центры составляют треугольник.
И вот этот угол, наверное, вы все
знаете, вы химию знаете лучше меня, сколько градусов?
Кто знает?
Ну, на самом деле там в некоторых книгах 104,
а в других, а в других я читал 105, да?
Ну, вот сто с чем-то градусов, да?
Вот такой.
Значит ясно что, так сказать, два,
такое, такая конструкция имеет дипольный момент, и
вот мы могли бы описывать такую молекулу
с помощью вот такого вот, дипольного момента.
Значит вот совокупность таких вот частиц, которые уже даже в
отсутствие поля обладают дипольным моментом, это и есть вещества ти...,
вот то, что мы называем полярными веществами.
Это вода, ну если, так скажем, молекула Н хлор.
Да ещё совсем уж понятно, что Н хлор это молекула вот такая, допустим,
хлор минус, а здесь вот Н плюс, да, это вот такая вот молекула, прямо диполь.
Вот она так, такого, какого вида есть.
И как себя ведёт такое вещество в электрическом поле?
Вот если нет электрического поля, тогда дипольные моменты различных
молекул, ориентированы хаотично, ну, и вот как то вообразить
это, я как бы так не очень берусь, ну скажем вот я, нарисую какую-то,
какую-то произвольную картину ориентации таких вот молекул.
Значит, дипольный моме...,
моме...,
момент, ориентированный хаотично, и вещество,
как бы, не проявляет электрических свойств.
Это если внешнее поле равно нулю.
Если поле равно нулю.
Но если мы такой образец вносим
в электрическое поле, тогда возникает ориетац...,
возникает ориентация, частичная ориентация.
И вот условно можно так изобразить это вот скажем наш образец.
А вот теперь, появилась преимущественная ориентация дипольных
моментов, ну, что-то в таком, вот, духе.
Ну, это конечно очень грубая картинка, но при этом, это вот если Е не равно нулю.
Е – это внешнее поле.
Значит в этом случае, вот, правому торцу в
основном будут, будут обращены положительные торцы этих диполей, да?
И значит, вот на этом правом
торце возникнет некоторый заряд, уже макроскопический.
А на левом торце возникнет отрицательный заряд.
Тут уже мы говорим, не о заряде отдельного атома или
молекулы, а о макроскопическом заряде этих двух торцов, двух поверхностей.
И вот такие заряды называются поляризационными,
или связанными, ещё есть вот такой термин.
Значит, возникают, ну можно говорить
о поверхностной плотности, поляризационных зарядов,
или иногда бывает объём, просто объёмный заряд или просто заряд поляризационный.
Вот так можно записать.
Ну, лишь напомню вам, что есть ещё термин, вот такой, ку связанный.
Вот тут ещё, вот такой есть термин.
Сигма связанный, ку связанный, в общем, термин, заряд
поляризационный и заряд связанный, означают одно и то же.
Причём, речь идёт уже, в этом
случае, о макроскопическом распределении такого заряда.
А сам процесс вот соз...,
возникновения поляризационных зарядов, называется поляризация диэлектрика.
Это по...,
это процесс поляризации.
Ну, это один из механизмов возможных, и очень часто встречающихся, встречающихся.
А второй механизм состоит вот чем.
Оказывается, есть очень много молекул симметричных, у
которых нет дипольного момента в отсутствие поля.
Ну, такая вот, молекула метана вот, обычно приводят пример ма...
э-э-э, такой молекулы, это молекула метана, СН четыре, да?
Вот С там, Н четыре.
Эта молекула очень симметрична.
Там вот есть пирамида, как я попробую нарисовать, вот
такая вот пирамида, из-за э-э-э, вот у меня не получилось.
Давайте я, поаккуратнее нарисую, да?
Вот, скажем, вот раз, два, три, значит вот и четыре.
Вот такая вот пирамида из ионов м-м-м, так сказать,
водорода, положительно заряженные ионы, вот Н, плюс Н, плюс и так далее.
А точно в центре сидит четырёхкратный ионизированный ион углерода.
Эта молекула симметрична.
Поэтому центр, так вот, условно говоря, центр тяжести
отрицательных зарядов совпадает с центром тяжести положительных зарядов.
Поэтому если мы нарисовали бы здесь вот такой вот образец
в отсутствие поля, то там вообще ничего не было, всё электронейтрально.
Электронейтральность достигается на размерах порядка атомов и молекул, да?
Ну, так вот, значит, здесь поля нет, и ничего нет, никакой поляризации нет, да?
А если поле есть, то возникает деформация такой молекулы, вот этот
вот, ион углерода смещается из своего, из своего центра, и тогда возник...,
так, такая молекула приобретает дипольный момент.
Понятно, да, если нарушена такая вот симметрия,
то тогда возникает дипольный момент, и тогда молекулы
поляризуют, то есть, они приобретают дипольные моменты, и
выстраиваются, эти дипольные моменты выстроены по полю, да?
Ну вот, такая вещь.
Вот.
Здесь тоже появляются положительные заряды макроскопические, а вот здесь
отрицательные заряды, которые, конечно, создают своё поле.
Понятно что, когда мы будем строить теорию таких вот веществ, то мы должны наряду
с электрическим полем зарядов свободных, которые вот
это поле, внешнее, создают, вот это поле, да?
К этому полю добавить ещё то поле,
которое будут создавать вот эти поляризационные заряды.
Вот теория состоит в том, что нужно учесть электрическое поле
поляризационных зарядов, возникших при поляризации вещества.
Вот такая вот идея.
Как описывать электрическое поле?
До этого нам хватало просто одной векторной
величины, вот вектор Е, это силовая характеристика электрического
поля, вот этот вектор полностью характеризовал электростатическое
поле, и ничего другого нам собственно было ненужно.
Если мы хотели, хотели бы узнать силы, действующие в этом
поле на заряды, то знание вектора Е все решает, да?
Это силовой вектор.
В этой ситуации, когда есть диэлектрики, всё осложняется
тем, что диэлектрик может находиться в разных состояниях.
Может быть такое состояние, когда поляризация отсутствует.
Может быть такое состояние, когда есть поляризация.
Причём она меняется пропор...,
в зависимости от внешнего поля.
Значит вот, давайте, вот здесь напишем этот случай, когда Е не равно нулю, да?
Значит, этого мало, одного вектора Е мало.
Оказывается, что удобно здесь ввести ещё
один вектор, который определяется следующим образом.
Вот вектор П.
Вот такой вектор П, который представляет собой сумму
дипольных, векторную сумму дипольных моментов отдельных
молекул попавших в какой-то объём дельта В, ну и ещё нужно вот
этот дельта В поделить нужно, вот я тут, как-то плохо получилось.
Давайте я, может быть, чуть-чуть, немножко эту формулу аку...,
поаккуратнее напишу.
Значит, это будет вот что: единица на дельта В, а здесь будет сумма дипольных
моментов всех молекул, которые оказались в этом объёме, вот в этом объёме дельта В.
Это вот определение этого вектора, а
называется он, правильное его название, вектор поляризованности.
Поляризация – это процесс, поляризованность, это состо...,
вектор описывающий состояние.
Но ча...,
очень часто, этот вектор это, скорее всего, что и я, наверное, там часто буду
так делать, но немножко, может быть, даже жаргонно, называется вектором поляризации.
Ну, это не совсем точно, если придираться к Русскому языку лектора,
тогда нужно поправлять его, и говорить,
что нужно употреблять термин вектор поляризованности.
Вот такой вектор, если он задан в разных точках
вещества, то состояние вещества будет описано с помощью такого вектора.
Вектора поляризованности.
Ну, теперь давайте будем строить теорию.
Мы уже сказали, чего нужно добавить к нашей предыдущей теории?
Нужно добавить электрическое поле поляризационных зарядов.
Значит, вот мы возьмём уже известное
нам соотношение, как будет исправлена теорема Гаусса?
Вот та формула, которую мы называем теоремой Гаусса.
Мы сейчас работать будем с интегральными соотношениями.
Как она должна быть исправлена?
Она будет написана примерно так: вот поток вектор Е, так, во первых мы скажем
так, что теперь электрическое поле Е будет состоять, складываться
из двух частей, это вот электрическое поле свободных
зарядов, вот вектор Е, это то, что мы до сих пор изучали, да?
Плюс электрическое поле зарядов возникших при поляризации.
