Связь макро- и микроскопических свойств диэлектриков
Методика определения величины локального поля в жидких и твердых диэлектриках. Поляризованность как совокупность вкладов различных видов поляризации. Особенности диэлектрической проницаемости газов. Приближение Лоренца при расчете внутреннего поля.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 18.09.2015 |
| Размер файла | 38,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
Размещено на http://www.allbest.ru
В общем случае поляризованность есть сумма вкладов различных видов поляризации:
, (1)
где - поляризуемость -го механизма, - концентрация частиц, определяющих механизм (. Необходимо подчеркнуть, что в (1) под Е понимаем поле, действующее на данные частицы. Это поле в редких случаях совпадает с макроскопическим внешним полем, поэтому вводится понятие внутреннего поля , действующего в данном объемчике образца, в отличие от внешнего поля . Как уже отмечалось, диэлектрическая проницаемость связана с поляризованностью диэлектрика следующим образом:
. (2)
Для того, чтобы использовать (1) и (2) для расчетов , необходимо найти связь внешнего и внутреннего полей, тогда заменит в (1).
Итак, только в случае газов можно предположить, что , причем:
,
характеризует поле внешних зарядов, ослабленное «деполяризующим» полем зарядов на поверхности диэлектрика из-за его поляризации.
В жидких и твердых диэлектриках локальное поле существенно отличается от в общем виде:
. (3)
В (3) поле - результирующее поле, учитывающее воздействие на данную частицу всех остальных поляризованных частиц диэлектрика. В общем случае нахождение сложная задача, она решалась для диэлектриков простой структуры.
Диэлектрическая проницаемость газов.
В этих диэлектриках, в основном, электронная упругая и дипольная тепловая поляризация. Для газов можно считать, что:
.
Из (1) и (2) следует:
, (4)
где и .
В неполярных газах и расчет диэлектрической проницаемости дает следующее значение - . Экспериментальные данные для кислорода , водорода , азота , что близко к расчетным данным.
Приближение Лоренца при расчете внутреннего поля.
Микроподход предполагает, что диэлектрик не является сплошной однородной средой. Каждая частица окружена соседями и находится под действием микрополей своих соседей. В газах, где расстояния между соседями велики, мы пренебрегаем взаимодействием соседей. В жидкостях и твердых телах этого делать нельзя.
Лоренц ввел понятие «физически малый объем» для учета микроскопических полей. Для упрощения расчетов предполагается, что этот объем - сфера радиуса . Радиус сферы таков, что можно суммировать воздействие соседей, находящихся внутри ее. Внешние частицы удалены и их влияние учитывается как воздействие непрерывной поляризованной среды. Т.о. поле, действующее на частицу есть:
, (5)
где Е - среднее макроскопическое поле, - поле далеких зарядов, - поле близкого окружения. Поле Е создается внешними зарядами на электродах и поляризационными зарядами на поверхности диэлектрика, т.е.
.
Рассмотрим поправку Лоренца - поле поляризованной сферы . Предположим, что все частицы из сферы изъяты, тогда задача сводится к вычислению электрического поля, создаваемого поляризованной электрической сферой, в этом случае =0. Объемная поляризованность диэлектрика, окружающего сферу, создает на ее поверхности поляризационные заряды. Пусть - заряд на элементарной поверхности . Для удобства интегрирования выбираем элементарную поверхность в виде кольца на сфере, находящимся под углом к направлению внешнего поля Е (рисунок 1). Элементарный заряд создает в центре сферы напряженность поля:
. (6)
поляризованность диэлектрический лоренц
Величина пропорциональна плотности заряда и , т.е. заряд кольца есть . Плотность заряда на сфере Лорентца зависит не только о величины поляризованности диэлектрика, но и от угла, который составляет элементарная площадка с направлением макрополяризованности , т.е. , а . Подставим это в (6) и проинтегрируем по всей поверхности сферы:
. (7)
Рисунок 4. К расчету локального поля Лоренца
Следовательно, поляризованная диэлектрическая среда, находящаяся вне сферы Лоренца, создает в центре этой сферы поле:
.
Таким образом, локальное поле в приближении Лоренца определяется суммой , т.е.
,
, (8)
т.е. поле Лоренца в раз больше макроскопического поля.
Обсудим поле - поле диполей внутри полости. Если диэлектрик содержит полярные молекулы, то даже при Е=0 на выделенную частицу могут действовать сильные поля, которые приведут к ассоциации молекул, возникающей и разрушающейся из-за хаотического теплового движения.
В полярных диэлектриках эти поля индуцируются внешним полем Е и могут быть скомпенсированы - такой случай рассматривался в приближении Лорентца. Компенсация возможна при неупорядоченном расположении молекул в диэлектрике, т.е. в газах, некоторых жидкостях, а также в твердых изотропных диэлектриках. Для всех этих случаев связь микро и макросвойств хорошо описывает уравнение Клаузиуса - Мосотти, которое можно получить из (5), (6) и (8):
. (9)
Эта формула для многих диэлектриков связывает диэлектрическую проницаемость с произведением . Формулу Клаузиуса - Мосотти применяют и для случая слабых растворов полярной жидкости в неполярной, где концентрация электрических моментов невелика.
В заключение отметим, что при , где - показатель преломления света, в диэлектрике есть только электронная упругая поляризация, если , то к ней добавляются другие виды поляризации.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Определение поля ХН и построение графика поляризации передающей антенны в плоскости падения без учета влияния земли. Расчет зависимости поля E(p) на трассе от усредненного угла наблюдения. Вычисление максимальной мощности на входе радиоприемника.
контрольная работа [360,9 K], добавлен 20.09.2011Диэлектрическая проницаемость металл-диэлектрической среды. Концентрационные зависимости удельного электрического сопротивления. Методы получения композитных пленок, их структура и состав. Методика и техника измерений диэлектрической проницаемости.
дипломная работа [1,3 M], добавлен 27.03.2016Поляризация электромагнитной волны и исследование с помощью виртуальной лабораторной установки различных видов поляризации. Вектор напряжённости электрического поля. Однородная плоская волна с круговой поляризацией. Описание лабораторной установки.
лабораторная работа [1,0 M], добавлен 22.03.2009Расчет напряженности поля земной радиоволны вертикальной поляризации для заданной дальности радиосвязи на двух типах однородной земной поверхности. Расчет напряженности поля на линии связи ионосферной волной. Уровень сигнала на спутниковой радиолинии.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 15.04.2014Классификация средств обнаружения и локализации закладных устройств. Принцип работы индикатора поля, его основные характеристики. Детектор поля со звуковой сигнализацией и регулировкой чувствительности. Работа многофункционального приемника ближнего поля.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 28.01.2015Основные понятия и классификация приборов для измерения напряженности электромагнитного поля и помех. Измерение напряженности электромагнитного поля. Метод эталонной антенны. Метод сравнения. Измерительные приемники и измерители напряженности поля.
реферат [31,8 K], добавлен 23.01.2009Строение твердых тел, их энергетические уровни. Оптические и электрические свойства полупроводников. Физические эффекты в твердых и газообразных диэлектриках, проводниках, магнитных и полупроводниковых материалах. Токи в электронно-дырочном переходе.
курс лекций [1,7 M], добавлен 11.01.2013Физические принципы генерации гармонических СВЧ-сигналов широкополосных каналов связи. Базовая конструкция оптоэлектронных генераторов. Расчет мощности нелинейной генерации в планарных структурах с областями модулированной диэлектрической проницаемости.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 18.06.2014Отработка технологии получения тонких пленок BST. Методики измерения диэлектрической проницаемости, тангенса угла диэлектрических потерь сегнетоэлектрической пленки, напыленной на диэлектрическую подложку. Измерения емкости в планарных структурах.
дипломная работа [2,2 M], добавлен 15.06.2015Принципы работы детектора поля RD-14. Расположение закладного устройства в незаметном месте. Частота и мощность входного сигнала. Уровень и частота принимаемого сигнала. Интегральный метод измерения уровня электромагнитного поля в точке его расположения.
лабораторная работа [593,8 K], добавлен 15.03.2015Сигналы в системах (зондирующий, сигнал подсвета, запросный, собственное радиоизлучение объекта наблюдения, отраженный сигнал и т.п.). Электромагнитные поля. Поляризационная структура электромагнитного поля. Амплитудное равномерное распределение поля.
реферат [2,0 M], добавлен 14.12.2008Расчёт напряжённости электрического поля на входе радиоприёмного устройства при заданной мощности излучения. Определение скорости распространения и направления прихода электромагнитного поля. Изучение поляризационных характеристик и искажений сигнала.
курсовая работа [198,7 K], добавлен 23.12.2012Антенные устройства, краткие теоретические сведения. Конструкция диэлектрической линзовой антенны. Расчёт диаграммы направленности антенны, параметров линзы и облучателя. Законы распределения поля вдоль поверхности линзы. Геометрические параметры линзы.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 27.10.2010Методы геометрической и физической оптики, конечных элементов. Приближенный расчет поля сверхширокополосного излучателя в дальней зоне, импульсная диаграмма направленности антенны. Метод моментов для интегрального уравнения электрического поля.
методичка [846,8 K], добавлен 09.01.2012Определение комплексных амплитуд составляющих вектора; диапазон частот. Расчет и построение графиков зависимостей поля от координат x, y, z. Вычисление среднего за период потока энергии через поперечное сечение волновода. Коэффициент затухания волны.
курсовая работа [831,3 K], добавлен 15.04.2014Определение геометрических параметров антенны. Выбор и расчет параметров облучателя: его геометрические параметры, определение фазового центра, создание требуемой поляризации поля. Расчет электрических характеристик антенны и особенностей ее конструкции.
курсовая работа [499,9 K], добавлен 21.03.2011Огляд пристроїв вимірювання магнітної напруженості поля. Силова взаємодія вимірюваного магнітного поля з полем постійного магніту. Принципи побудови приладів для вимірювання магнітних величин. Розробка Е1та Е2 тесламетра. Явища електромагнітної індукції.
отчет по практике [1,3 M], добавлен 28.08.2014Падение плоской волны на границу раздела двух сред, соотношение волновых сопротивлений и компонентов поля. Распространение поляризованных волн в металлическом световоде, расчет глубины их проникновения. Определение поля внутри диэлектрического световода.
курсовая работа [633,8 K], добавлен 07.06.2011Определение построения коммутационного поля цифровой коммутационной системы, основание принципа ее работы на пространственно-временном методе коммутации. Оптимизация структурных параметров схемы коммутационного поля. Расчет показателя сложности.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 08.12.2015Выбор функции амплитудного распределения поля в раскрыве зеркала, расчет рупорного облучателя, реального распределения поля и фридерного трака с целью конструирования зеркальной антенны, предназначенной для обнаружения радиолокационных сигналов.
задача [367,9 K], добавлен 23.09.2011
