Formuleer de wet van behoud van elektrische lading als het systeem. De wet van behoud van lading - formulering, formule, voorbeelden van experimenten

Elektrische lading is het vermogen van lichamen om een ​​bron van elektromagnetische velden te zijn. Dit is hoe de encyclopedische definitie van een belangrijke elektrische grootheid eruit ziet. De belangrijkste wetten die ermee verband houden zijn de wet van Coulomb en het behoud van lading. In dit artikel zullen we kijken naar de wet van behoud van elektrische lading, we zullen proberen deze in eenvoudige bewoordingen te definiëren en alle noodzakelijke formules te geven.

Het begrip "" werd hierin voor het eerst in 1875 geïntroduceerd. De formulering stelt dat de kracht die werkt tussen twee geladen deeltjes, gericht in een rechte lijn, recht evenredig is met de lading en omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand ertussen.

Dit betekent dat door de ladingen met een factor 2 weg te bewegen, de kracht van hun interactie met een factor vier zal afnemen. En zo ziet het eruit in vectorvorm:

Toepasselijkheidslimiet van het bovenstaande:

• puntkosten;
• uniform geladen lichamen;
• de werking ervan is geldig op grote en kleine afstanden.

De verdiensten van Charles Coulomb in de ontwikkeling van de moderne elektrotechniek zijn groot, maar laten we verder gaan met het hoofdonderwerp van het artikel: de wet van behoud van lading. Hij stelt dat de som van alle geladen deeltjes in een gesloten systeem constant is. In eenvoudige woorden ladingen kunnen niet zomaar verschijnen of verdwijnen. Tegelijkertijd verandert het niet in de loop van de tijd en kan het worden gemeten (of verdeeld, gekwantiseerd) in delen die veelvouden zijn van de elementaire elektrische lading, dat wil zeggen het elektron.

Maar onthoud dat in een geïsoleerd systeem nieuwe geladen deeltjes alleen ontstaan ​​onder invloed van bepaalde krachten of als gevolg van bepaalde processen. Ionen ontstaan ​​dus als gevolg van bijvoorbeeld de ionisatie van gassen.

Als u zich zorgen maakt over de vraag: wie en wanneer heeft de wet van behoud van lading ontdekt? Het werd in 1843 bevestigd door de grote wetenschapper Michael Faraday. In experimenten die de wet van behoud bevestigen, wordt het aantal ladingen gemeten met elektrometers verschijning weergegeven in de onderstaande afbeelding:

Maar laten we onze woorden bevestigen door te oefenen. Laten we twee elektrometers nemen, een metalen schijf op de staaf van één plaatsen en deze met een doek bedekken. Nu hebben we nog een metalen schijf op de diëlektrische handgreep nodig. We wrijven het tegen een schijf die op de elektrometer ligt, en ze worden geëlektrificeerd. Wanneer de schijf met het diëlektrische handvat wordt verwijderd, geeft de elektrometer aan hoe geladen deze is geworden; we raken de tweede elektrometer aan met de schijf met het diëlektrische handvat. De pijl zal ook afwijken. Als we nu twee elektrometers met een staaf verbinden met diëlektrische handvatten, keren hun pijlen terug naar hun oorspronkelijke positie. Dit suggereert dat de totale of resulterende elektrische lading gelijk aan nul, en de waarde ervan in het systeem blijft hetzelfde.

Dit leidt tot een formule die de wet van behoud van elektrische lading beschrijft:

De volgende formule stelt dat de verandering in elektrische lading in het volume gelijk is aan de totale stroom door het oppervlak. Dit wordt ook wel de "continuïteitsvergelijking" genoemd.

En als we naar een heel klein volume gaan, krijgen we de wet van behoud van lading in differentiële vorm.

Het is ook belangrijk om uit te leggen hoe lading en massagetal met elkaar verband houden. Als het over de structuur van stoffen gaat, hoor je vaak woorden als moleculen, atomen, protonen en dergelijke. Het massagetal is dus het totale aantal protonen en neutronen, en het aantal protonen en elektronen in de kern wordt het ladingsgetal genoemd. Met andere woorden: het ladingsgetal is de lading van een kern en hangt altijd af van de samenstelling ervan. Welnu, de massa van een element hangt af van het aantal deeltjes.

Daarom hebben we kort kwesties onderzocht die verband houden met de wet van behoud van elektrische lading. Het is een van de fundamentele wetten van de natuurkunde, samen met de wetten van behoud van momentum en energie. De werking ervan is onberispelijk en met het verstrijken van de tijd en de ontwikkeling van de technologie is het niet mogelijk de geldigheid ervan te weerleggen. Wij hopen dat na het lezen van onze uitleg alles u duidelijk is geworden. belangrijkste punten deze wet!

Materialen

Wet van behoud van elektrische lading stelt dat de algebraïsche som van ladingen elektrisch is gesloten systeem wordt opgeslagen.

De wet van behoud van lading is absoluut precies vervuld. Momenteel wordt de oorsprong ervan verklaard als een gevolg van het principe van ijkinvariantie. De eis van relativistische invariantie leidt tot het feit dat de wet voor ladingbehoud geldt lokaal karakter: de verandering in lading in elk vooraf bepaald volume is gelijk aan de stroom van lading over de grens ervan. In de oorspronkelijke formulering zou dit mogelijk zijn volgende proces: een lading verdwijnt op een bepaald punt in de ruimte en verschijnt onmiddellijk op een ander punt. Een dergelijk proces zou echter relativistisch niet-invariant zijn: vanwege de relativiteit van gelijktijdigheid zou de lading in sommige referentiekaders op een nieuwe plaats verschijnen voordat ze op de vorige verdween, en in sommige gevallen zou de lading op een nieuwe plaats verschijnen. enige tijd na het verdwijnen in de vorige. Dat wil zeggen dat er een periode is waarin de heffing niet wordt ingehouden. De plaatsvereiste stelt ons in staat de wet van ladingbehoud in differentiële en integrale vorm op te schrijven.

Ladingbehoudswet en ijkinvariantie

De natuurkundige theorie stelt dat elke behoudswet gebaseerd is op een overeenkomstig fundamenteel principe van symmetrie. De wetten van behoud van energie, momentum en impulsmoment houden verband met de eigenschappen van ruimte-tijd-symmetrieën. De wetten van behoud van elektrische, baryon- en leptonladingen houden geen verband met de eigenschappen van ruimte-tijd, maar met symmetrie fysieke wetten met betrekking tot fasetransformaties in de abstracte ruimte van kwantummechanische operatoren en toestandsvectoren. Geladen velden in de kwantumveldentheorie worden beschreven door een complexe golffunctie, waarbij x de ruimte-tijdcoördinaat is. Deeltjes met tegengestelde ladingen komen overeen met veldfuncties die verschillen in het teken van de fase, die kan worden beschouwd als een hoekcoördinaat in een fictieve tweedimensionale ‘ladingsruimte’. De wet voor ladingsbehoud is een gevolg van de onveranderlijkheid van de Lagrangiaan onder een globale ijktransformatie van type , waarbij Q de lading is van het deeltje beschreven door het veld , en een willekeurig reëel getal is dat een parameter is en onafhankelijk is van de ruimte- tijdcoördinaten van het deeltje. Dergelijke transformaties veranderen de modulus van de functie niet, daarom worden ze unitaire U(1) genoemd.

Wet van behoud van lading in integrale vorm

Bedenk dat de fluxdichtheid van een elektrische lading eenvoudigweg de stroomdichtheid is. Het feit dat de ladingsverandering in het volume gelijk is aan de totale stroom door het oppervlak kan in wiskundige vorm worden geschreven:

Hier is een willekeurig gebied driedimensionale ruimte, is de grens van dit gebied, is de ladingsdichtheid, is de stroomdichtheid (elektrische ladingsfluxdichtheid) over de grens.

Wet van behoud van lading in differentiële vorm

Door naar een oneindig klein volume te gaan en indien nodig de stelling van Stokes te gebruiken, kunnen we de wet van ladingbehoud herschrijven in lokale differentiële vorm (continuïteitsvergelijking)

Wet van behoud van lading in de elektronica

De regels van Kirchhoff voor stromen volgen rechtstreeks uit de wet van behoud van lading. De combinatie van geleiders en radio-elektronische componenten wordt gepresenteerd als een open systeem. De totale instroom van kosten in dit systeem gelijk aan de totale output van ladingen uit het systeem. De regels van Kirchhoff gaan ervan uit dat een elektronisch systeem de totale lading niet significant kan veranderen.

Experimentele verificatie

De beste experimentele test van de wet van behoud van elektrische lading is het zoeken naar dergelijk verval elementaire deeltjes, wat zou zijn toegestaan ​​in het geval van niet-strikte ladingsbehoud. Dergelijk verval is nog nooit waargenomen. De beste experimentele beperking voor de waarschijnlijkheid van schending van de wet van behoud van elektrische lading komt voort uit een zoektocht naar een foton met de energie. mec 2/2 ≈ 255 keV, ontstaan ​​bij het hypothetische verval van een elektron in een neutrino en een foton:

Er zijn echter theoretische argumenten dat een dergelijk verval van één foton niet kan optreden, zelfs als de lading niet behouden blijft. Een ander ongebruikelijk proces zonder ladingbehoud is de spontane transformatie van een elektron in een positron en het verdwijnen van lading (overgang naar extra dimensies, tunneling vanuit de braan, enz.). De beste experimentele beperkingen voor het verdwijnen van een elektron samen met een elektrische lading en voor het bèta-verval van een neutron zonder elektronenemissie.

Laten we twee identieke elektrometers nemen en er één opladen (Fig. 1). De lading komt overeen met \(6\) schaalverdelingen.

Als je deze elektrometers met een glazen staafje verbindt, zullen er geen veranderingen optreden. Dit bevestigt het feit dat glas een diëlektricum is. Als u elektrometers aansluit metalen staaf A (Fig. 2), terwijl je hem vasthoudt bij de niet-geleidende handgreep B, kun je merken dat de initiële lading in twee gelijke delen wordt verdeeld: de helft van de lading wordt overgedragen van de eerste bal naar de tweede. Nu komt de lading van elke elektrometer overeen met \(3\) schaalverdelingen. De oorspronkelijke beschuldiging veranderde dus niet, maar splitste zich alleen in twee delen.

Als een lading wordt overgedragen van een geladen lichaam naar een ongeladen lichaam van dezelfde grootte, wordt de lading in tweeën gedeeld tussen deze twee lichamen. Maar als het tweede, ongeladen lichaam groter is dan het eerste, dan zal het overgaan naar het tweede meer dan de helft aanval. Hoe groter het lichaam is waaraan de lading wordt overgedragen, hoe groter een deel van de lading daaraan zal worden overgedragen.

Maar totaal bedrag de heffing verandert niet. Er kan dus worden gesteld dat de lading behouden blijft. Die. er is voldaan aan de wet van behoud van elektrische lading.

In een gesloten systeem blijft de algebraïsche som van de ladingen van alle deeltjes ongewijzigd:

q 1 + q 2 + q 3 + ... + q n \(=\) const,

waarbij q 1, q 2, enz. - deeltjesladingen.

Een gesloten systeem wordt beschouwd als een systeem waarin ladingen niet van buitenaf binnenkomen en ook niet buiten blijven.

Experimenteel is vastgesteld dat wanneer lichamen worden geëlektrificeerd, ook aan de wet van behoud van elektrische lading wordt voldaan. We weten al dat elektrificatie het proces is waarbij elektrisch geladen lichamen worden verkregen uit elektrisch neutrale lichamen. In dit geval worden beide lichamen aangeklaagd. Wanneer bijvoorbeeld een glazen staaf wordt ingewreven met een zijden doek, wordt het glas positief geladen en wordt de zijde negatief geladen. Aan het begin van het experiment was geen van de lichamen aangeklaagd. Aan het einde van het experiment worden beide lichamen opgeladen. Experimenteel is vastgesteld dat deze ladingen tegengesteld van teken zijn, maar identiek in numerieke waarde, d.w.z. hun som is nul. Als een lichaam negatief geladen is en het tijdens de elektrificatie toch een negatieve lading krijgt, dan neemt de lading van het lichaam toe. Maar de totale lading van deze twee lichamen verandert niet.

Voorbeeld:

Vóór de elektrificatie heeft het eerste lichaam een ​​lading van \(-2\) cu (cu is een conventionele ladingseenheid). Tijdens de elektrificatie krijgt het nog een \(4\) negatieve lading. Dan, na elektrificatie, wordt de lading gelijk aan \(-2 + (-4) = -6\) c.u. Als gevolg van de elektrificatie geeft het tweede lichaam \(4\) negatieve lading af, en de lading zal gelijk zijn aan \(+4\) cu. Als we de lading van het eerste en tweede lichaam aan het einde van het experiment samenvatten, verkrijgen we \(-6 + 4 = -2\) a.u. En ze hadden zo'n aanklacht vóór het experiment.

Wet van behoud van lading

Niet alle natuurlijke verschijnselen kunnen worden begrepen en verklaard met behulp van de concepten en wetten van de mechanica, de moleculair-kinetische theorie van de structuur van materie en de thermodynamica. Deze wetenschappen zeggen niets over de aard van de krachten die individuele atomen en moleculen binden en de atomen en moleculen van een substantie in een vaste toestand op een bepaalde afstand van elkaar houden. De wetten van de interactie tussen atomen en moleculen kunnen worden begrepen en verklaard op basis van het idee dat er in de natuur elektrische ladingen bestaan.

Het eenvoudigste en meest alledaagse fenomeen waarin het bestaan ​​van elektrische ladingen in de natuur wordt onthuld, is de elektrificatie van lichamen bij contact. De interactie tussen lichamen die tijdens elektrificatie worden gedetecteerd, wordt elektromagnetische interactie genoemd fysieke hoeveelheid, dat de elektromagnetische interactie bepaalt, is een elektrische lading. Het vermogen van elektrische ladingen om aan te trekken en af ​​te stoten duidt op de aanwezigheid van twee verschillende soorten ladingen: positief en negatief.

Elektrische ladingen kunnen niet alleen ontstaan ​​als gevolg van elektrificatie wanneer lichamen met elkaar in contact komen, maar ook tijdens andere interacties, bijvoorbeeld onder invloed van kracht (piëzo-elektrisch effect). Maar altijd in een gesloten systeem, dat geen ladingen omvat, blijft voor elke interactie tussen lichamen de algebraïsche som (dat wil zeggen, rekening houdend met het teken) van de elektrische ladingen van alle lichamen constant. Dit experimenteel vastgestelde feit wordt de wet van behoud van elektrische lading genoemd.

Nergens en nooit in de natuur ontstaan ​​of verdwijnen elektrische ladingen van hetzelfde teken. Het verschijnen van een positieve lading gaat altijd gepaard met het verschijnen van een negatieve lading die qua absolute waarde gelijk is, maar tegengesteld van teken. Noch positieve, noch negatieve ladingen kunnen afzonderlijk van elkaar verdwijnen als ze in absolute waarde gelijk zijn.

Het verschijnen en verdwijnen van elektrische ladingen op lichamen wordt in de meeste gevallen verklaard door de overgangen van elementair geladen deeltjes - elektronen - van het ene lichaam naar het andere. Zoals je weet bevat elk atoom een ​​positief geladen kern en negatief geladen elektronen. In een neutraal atoom is de totale lading van elektronen exact gelijk aan opladen atoomkern. Een lichaam dat bestaat uit neutrale atomen en moleculen heeft een totale elektrische lading van nul.

Als, als gevolg van een of andere interactie, een deel van de elektronen van het ene lichaam naar het andere gaat, krijgt het ene lichaam een ​​negatieve elektrische lading en het tweede een positieve lading van gelijke grootte. Wanneer twee verschillend geladen lichamen met elkaar in contact komen, verdwijnen de elektrische ladingen meestal niet spoorloos, maar gaat het overtollige aantal elektronen over van het negatief geladen lichaam naar een lichaam waarin sommige atomen niet over het volledige aantal elektronen beschikten. hun schelpen.

Een speciaal geval is de ontmoeting van elementair geladen antideeltjes, bijvoorbeeld een elektron en een positron. In dit geval verdwijnen en vernietigen de positieve en negatieve elektrische ladingen feitelijk, maar volledig in overeenstemming met de wet van behoud van elektrische lading, aangezien de algebraïsche som van de ladingen van het elektron en het positron nul is.

Wet van behoud van elektrische lading

Er zijn twee soorten ladingen: positief en negatief; gelijke ladingen stoten elkaar af, ongelijke ladingen trekken elkaar aan. Tijdens elektrificatie door wrijving worden beide lichamen altijd geladen, met gelijke maar tegengestelde ladingen.

De Amerikaanse natuurkundige R. Milliken (1868–1953) en de Sovjet-natuurkundige AF Ioffe hebben experimenteel bewezen dat de elektrische lading discreet is, dat wil zeggen dat de lading van elk lichaam een ​​geheel veelvoud is van een elementaire elektrische lading. e (e= 1,6,10-19ºC). Elektron ( mij= 9.11.10 -31 kg) en proton ( M P= 1,67,10 -27 kg) zijn respectievelijk dragers van elementaire negatieve en positieve ladingen.

Uit een generalisatie van experimentele gegevens werd een fundamentele natuurwet vastgesteld, voor het eerst geformuleerd door de Engelse natuurkundige M. Faraday (1791 - 1867): wet van behoud van lading: de algebraïsche som van de elektrische ladingen van elk gesloten systeem (een systeem dat geen ladingen uitwisselt met externe lichamen) blijft ongewijzigd, ongeacht welke processen er binnen dit systeem plaatsvinden.

Elektrische lading is een relativistisch onveranderlijke grootheid, dat wil zeggen dat deze niet afhankelijk is van het referentiekader en daarom niet afhankelijk is van het feit of deze lading beweegt of in rust is.

De aanwezigheid van ladingsdragers (elektronen, ionen) is een voorwaarde voor het lichaam om elektrische stroom te geleiden. Afhankelijk van het vermogen van lichamen om elektrische stroom te geleiden, zijn ze onderverdeeld in geleiders, diëlektrica en halfgeleiders Geleiders zijn lichamen waarin een elektrische lading door het gehele volume kan bewegen. Geleiders zijn onderverdeeld in twee groepen: 1) geleiders van de eerste soort (bijvoorbeeld metalen) - de overdracht van ladingen (vrije elektronen) daarin gaat niet gepaard met chemische transformaties; 2) geleiders van de tweede soort (bijvoorbeeld gesmolten zouten, zure oplossingen) - de overdracht van ladingen (positieve en negatieve ionen) daarin leidt tot chemische veranderingen. Diëlektrica (bijvoorbeeld glas, kunststoffen) zijn lichamen die niet geleiden elektrische stroom; als er geen externe kracht op deze lichamen wordt uitgeoefend elektrisch veld, er zitten vrijwel geen gratis ladingdragers in. Halfgeleiders (bijvoorbeeld germanium, silicium) nemen een tussenpositie in tussen geleiders en diëlektrica, en hun geleidbaarheid is sterk afhankelijk van externe omstandigheden, zoals temperatuur.

Eenheid van elektrische lading (afgeleide eenheid, aangezien deze wordt bepaald door de eenheid van stroom) - hanger(C) – elektrische lading die door een dwarsdoorsnede gaat met een stroomsterkte van 1 A in 1 s.

2.De wet van Coulomb

De wet van de interactie van elektrische ladingen op een stationair punt werd in 1785 vastgesteld door C. Coulomb met behulp van torsiebalansen (deze wet werd eerder ontdekt door G. Cavendish, maar zijn werk bleef meer dan 100 jaar onbekend). Plek heet een lading geconcentreerd op een lichaam, lineaire afmetingen die verwaarloosbaar klein zijn vergeleken met de afstand tot andere geladen lichamen waarmee het interageert.

De wet van Coulomb: interactiekracht F tussen twee gelokaliseerde puntladingen in een vacuüm , is evenredig met de ladingen Q 1 en Q 2 en omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand r daartussen:

waarbij k een evenredigheidscoëfficiënt is, afhankelijk van de keuze van het eenheidssysteem.

Coulomb-kracht F is gericht langs de rechte lijn die de op elkaar inwerkende ladingen verbindt, d.w.z. het staat centraal en komt overeen met aantrekking ( F< 0) в случае разноименных зарядов и отталкиванию (F>0) in het geval van kosten met dezelfde naam.

In vectorvorm heeft de wet van Coulomb de vorm

(.2)

Waar F 12,- kracht die op de lading inwerkt Q 1 laadzijde Q 2 , R 12 – straalvector die de lading verbindt Q 1 met toeslag Q 2 .

Als op elkaar inwerkende ladingen zich in een homogeen en isotroop medium bevinden, dan is de interactiekracht , waarbij ε een dimensieloze grootheid is – diëlektrische constante van het medium, die aangeeft hoeveel keer de kracht F interacties tussen ladingen in een bepaalde omgeving zijn minder dan hun kracht F o interacties in een vacuüm : ε = F O / F. Voor vacuüm ε = 1.

In SI wordt aangenomen dat de evenredigheidscoëfficiënt gelijk is aan .

Dan zal de wet van Coulomb worden geschreven definitieve vorm:

De grootheid ε o wordt genoemd elektrische constante; het is een van de fundamentele fysische constanten en is gelijk aan ε o = 8.85.10 -12 C / (N m). Dan k= 9,10 9 m/V.

3. Elektrostatisch veld en de intensiteit ervan

Als er een andere lading in de ruimte rond een elektrische lading wordt geïntroduceerd, zal de Coulomb-kracht daarop inwerken; Dit betekent dat er een krachtveld aanwezig is in de ruimte rondom de elektrische ladingen. Volgens de concepten van de moderne natuurkunde bestaat het veld echt en is het, samen met materie, een van de soorten materie waardoor bepaalde interacties worden uitgevoerd tussen macroscopische lichamen of deeltjes waaruit de substantie bestaat. In dit geval praten we over elektrisch veld– het veld waardoor elektrische ladingen op elkaar inwerken. We zullen elektrische velden beschouwen die worden gecreëerd door stationaire elektrische ladingen en worden genoemd elektrostatisch.

Om het elektrostatische veld te detecteren en experimenteel te bestuderen, wordt het gebruikt proefplek positief lading – een lading waarvan de actie het onderzochte veld niet vervormt (geen herverdeling veroorzaakt van ladingen die het veld creëren). Indien in het veld dat door de toeslag is aangemaakt Q, plaats een testlading Q Oh, er werkt een kracht op hem F, anders in verschillende punten veld, dat volgens de wet van Coulomb evenredig is met de testlading Q O. Daarom is de verhouding F/ Q o is niet afhankelijk van de testlading en karakteriseert het elektrische veld op het punt waar de testlading zich bevindt. Deze grootheid is de krachtkarakteristiek van het elektrostatische veld en wordt genoemd spanning.

De elektrostatische veldsterkte op een bepaald punt is een fysieke grootheid die wordt bepaald door de kracht die inwerkt op een positieve lading van een eenheid die op dit punt in het veld wordt geplaatst: E =F /Q O.

Vectorrichting E valt samen met de richting van de kracht die op de positieve lading inwerkt. De eenheid van elektrostatische veldsterkte is newton per coulomb (N/C): 1 N/C is de intensiteit van een veld dat inwerkt op een puntlading van 1 C met een kracht van 1 N. 1 N/C = 1 V/ m, waarbij V (volt) – eenheid van elektrostatisch veldpotentiaal (zie 84).

Veldsterkte van een puntlading (voor ε = 1)

(3)

of in scalaire vorm

Vector E op alle punten van het veld is het radiaal van de lading af gericht als het positief is, en radiaal naar de lading toe als het negatief is.

Grafisch wordt het elektrostatische veld weergegeven met behulp van spanningslijnen ( elektriciteitsleidingen), die zo worden uitgevoerd dat de raaklijnen eraan op elk punt in de ruimte in de richting samenvallen met de intensiteitsvector op een bepaald punt in het veld. Omdat de spanningsvector op elk gegeven punt in de ruimte slechts één richting heeft, kruisen de spanningslijnen elkaar nooit. Voor uniform veld (wanneer de spanningsvector op enig punt constant is in grootte en richting) spanningslijnen zijn evenwijdig aan de spanningsvector. Als het veld wordt gecreëerd door een puntlading, dan zijn de intensiteitslijnen radiale rechte lijnen, die de lading verlaten als deze positief is en binnenkomen als de lading negatief is. Vanwege de grote zichtbaarheid grafische methode weergave van het elektrische veld wordt veel gebruikt in de elektrotechniek.

Om spanningslijnen te gebruiken om niet alleen de richting, maar ook de grootte van de intensiteit van het elektrostatische veld te karakteriseren, werd overeengekomen om ze met een bepaalde dichtheid te tekenen: het aantal spanningslijnen dat een eenheidsoppervlak doorboort, loodrecht op de spanningslijnen. moet gelijk zijn aan de modulus van de vector E . Vervolgens het aantal treklijnen dat het elementaire gebied d binnendringt S, waarvan de normaal een hoek α vormt met de vector E, gelijk aan Ed S cos α. Waarde dФ E = E D S genaamd spanningsvectorstroom via platform d S. Hier d S = d SN– vector waarvan de modulus gelijk is aan d S, en de richting valt samen met de normaal N naar de site. De vectorrichting selecteren N(en dus d S ) is voorwaardelijk, omdat het in elke richting kan worden gericht.

Voor een willekeurig gesloten oppervlak S vectorstroom E door dit oppervlak

waarbij de integraal over het gesloten oppervlak wordt genomen S. Stroomvector E is een algebraïsche grootheid: deze hangt niet alleen af ​​van de veldconfiguratie E , maar ook over de richtingkeuze N. Voor gesloten oppervlakken wordt de buitennormaal genomen als de positieve richting van de normaal, d.w.z. de normaal wijst naar buiten naar het gebied dat door het oppervlak wordt bedekt.

In de geschiedenis van de ontwikkeling van de natuurkunde was er een strijd tussen twee theorieën: lange afstand En kort bereik. In de theorie van actie op lange afstand wordt aangenomen dat elektrische verschijnselen worden bepaald door de momentane interactie van ladingen op elke afstand. Volgens de theorie van actie op korte afstand worden alle elektrische verschijnselen bepaald door veranderingen in het ladingsveld, en deze veranderingen planten zich met een eindige snelheid van punt naar punt voort in de ruimte. Wanneer ze worden toegepast op elektrostatische velden, geven beide theorieën dezelfde resultaten, die goed overeenkomen met experimenten. De overgang naar verschijnselen veroorzaakt door de beweging van elektrische ladingen leidt daarom tot de inconsistentie van de theorie van actie op lange afstand. de moderne theorie van de interactie van geladen deeltjes is de theorie van interactie op korte afstand.

4.Het principe van superpositie van elektrostatische velden. Dipool veld

Laten we een methode bekijken om de grootte en richting van de spanningsvector te bepalen E op elk punt van het elektrostatische veld dat wordt gecreëerd door een systeem van stationaire ladingen Q 1 , Q 2 , … Q N.

De ervaring leert dat het in de mechanica beschouwde principe van onafhankelijkheid van krachtactie van toepassing is op Coulomb-krachten, dat wil zeggen de resulterende kracht F , handelend vanuit het veld op de testlading Q o is gelijk aan vectorsom kracht F Ik heb er vanuit elk van de aanklachten een aanvraag voor ingediend Qi: .Omdat F = Qo E En F i= Q O E i, -Waar E de sterkte van het resulterende veld, en E i; – veldsterkte gecreëerd door de lading Qi;. Als we vervangen, krijgen we superpositieprincipe(oplegging) van elektrostatische velden, volgens welke de sterkte E van het resulterende veld gecreëerd door een systeem van ladingen is gelijk aan de geometrische som van de veldsterkten gecreëerd op een bepaald punt door elk van de ladingen afzonderlijk.

Laten we het principe van superpositie toepassen om het elektrostatische veld van een elektrische dipool te berekenen. Elektrische dipool– een systeem van twee tegengestelde puntladingen met gelijke modulus (+ Q, –Q), afstand 1 waartussen er aanzienlijk minder afstand is tot de beschouwde punten van het veld. Een vector gericht langs de dipoolas (een rechte lijn die door beide ladingen gaat) van een negatieve lading naar een positieve lading en gelijk aan de afstand daartussen, wordt genoemd dipool arm. Vector P = |Q|l samenvallend in de richting van de dipoolarm en gelijk aan het product van de lading Q op de schouder 1 , genaamd elektrisch dipoolmoment R of dipool moment

Volgens het principe van superpositie, spanning E dipoolvelden op een willekeurig punt

E= E + + E - , Waar E + en E - – veldsterkten gecreëerd door respectievelijk positieve en negatieve ladingen. Met behulp van deze formule berekenen we de veldsterkte langs het verlengde van de dipoolas en loodrecht op het midden van zijn as.

1. Veldsterkte langs het verlengde van de dipoolas in punt A. Zoals uit de figuur blijkt, is de dipoolveldsterkte op punt A gericht langs de dipoolas en is in grootte gelijk aan E = E + - E -

Nadat u de afstand van punt A tot het midden van de dipoolas hebt aangegeven als R, bepalen we de veldsterkte die door de dipoolladingen wordt gecreëerd en tellen deze bij elkaar op

Volgens de definitie van een dipool, l/2, dus

2.Veldsterkte op een loodlijn die vanuit het midden op de as staat, in punt B. Punt B ligt daarom op gelijke afstand van de ladingen

(4),

Waar R" – de afstand van punt B tot het midden van de dipoolarm. Uit de gelijkenis van gelijkbenige driehoeken op basis van de dipoolarm en de vector E B, wij krijgen

,

waar E B= E + l /R. (5)

Door waarde (4) in uitdrukking (5) te vervangen, verkrijgen we

Vector E B heeft de richting tegengesteld aan het elektrische moment van de dipool.

5.De stelling van Gauss voor het elektrostatische veld in vacuüm

Het berekenen van de veldsterkte van een systeem van elektrische ladingen met behulp van het principe van superpositie van elektrostatische velden kan aanzienlijk worden vereenvoudigd met behulp van de formule afgeleid door de Duitse wetenschapper K. Gauss (1777 – 1855) een stelling die de stroom van de elektrische veldsterktevector door een willekeurig gesloten oppervlak definieert.

Het is bekend dat de stroom van de spanningsvector door een bolvormig oppervlak met een straal loopt R, die een puntlading dekt Q, gelegen in het midden, is gelijk aan

Dit resultaat geldt voor een gesloten oppervlak van welke vorm dan ook. Als je een bol omringt met een willekeurig gesloten oppervlak, zal elke spanningslijn die de bol binnendringt ook door dit oppervlak gaan.

Als een gesloten oppervlak met een willekeurige vorm een ​​lading omsluit, dan gaat een geselecteerde spanningslijn het oppervlak binnen of verlaat deze het oppervlak. Een oneven aantal snijpunten bij het berekenen van de flux wordt uiteindelijk teruggebracht tot één enkel snijpunt, aangezien de flux als positief wordt beschouwd als de treklijn het oppervlak verlaat en als negatief voor de treklijn die het oppervlak binnenkomt. Als een gesloten oppervlak geen lading omsluit, is de flux erdoorheen nul, aangezien het aantal spanningslijnen dat het oppervlak binnenkomt gelijk is aan het aantal spanningslijnen dat het oppervlak verlaat.

Dus voor oppervlakken van welke vorm dan ook, als het gesloten is en een puntlading Q bevat, vectorstroom E zal gelijk zijn aan Q/e o d.w.z.

Beschouw het algemene geval van een willekeurig omringende oppervlak N kosten. Volgens superpositieprincipe spanning E i het door alle ladingen gecreëerde veld is gelijk aan de som van de intensiteiten die door elke lading afzonderlijk worden gecreëerd E = S E i. Dat is waarom

Elk van de integralen onder het somteken is gelijk aan Qi/ e o. Vandaar,

(5A)

Deze formule drukt uit De stelling van Gauss voor een elektrostatisch veld in vacuüm: de flux van de elektrostatische veldsterktevector in vacuüm door een willekeurig gesloten oppervlak is gelijk aan algebraïsche som ladingen in dit oppervlak gedeeld door ε o. Deze stelling werd wiskundig afgeleid voor een vectorveld van welke aard dan ook door de Russische wiskundige M.V elektrostatisch veld– K.Gauss.

Over het algemeen kunnen elektrische ladingen bij sommige worden “besmeurd”. bulkdichtheid ρ = d Q/D V, anders in verschillende plaatsen ruimte. Dan de totale lading die zich in het gesloten oppervlak bevindt S, die een bepaald volume beslaat V gelijk aan .

Dan kan de stelling van Gauss als volgt worden geschreven:

6. Toepassing van de stelling van Gauss op

berekening van enkele elektrostatische velden in vacuüm

1Veld van een uniform geladen oneindig vlak. Een oneindig vlak is geladen met een constante oppervlaktedichtheid +σ (σ = d Q/D S– tarief per oppervlakte-eenheid). De spanlijnen staan ​​loodrecht op het beschouwde vlak en zijn van daaruit in beide richtingen gericht. Als gesloten oppervlak selecteren we een cilinder waarvan de basis evenwijdig is aan het geladen vlak en de as er loodrecht op staat. Omdat de generatoren van de cilinder evenwijdig zijn aan de spanningslijnen (cos α = 0), dan de stroom van de intensiteitsvector er doorheen zijvlak cilinder nul is, en de totale stroom door de cilinder gelijk aan de som stroomt door de bases (de oppervlakten van de bases zijn gelijk voor de basis E n wedstrijden E), d.w.z. gelijk aan 2 ES. De lading in de cilinder is gelijk aan σ S. Volgens Gauss' theorema 2 ES = σ S/ε o , van waar

E= σ /2ε o (6)

Uit de formule volgt dat E is niet afhankelijk van de lengte van de cilinder, d.w.z. De veldsterkte is op elke afstand even groot, met andere woorden: het veld van een uniform geladen vlak is uniform.

2.. Laat de vlakken uniform worden geladen met tegengestelde ladingen met oppervlaktedichtheden +σ en –σ. We vinden het veld van dergelijke vlakken als een superpositie van de velden die door elk van de vlakken afzonderlijk zijn gecreëerd. Zoals je in de figuur kunt zien, worden links en rechts van de veldvlakken afgetrokken (de intensiteitslijnen zijn naar elkaar toe gericht), dus hier is de veldsterkte E=0. In het gebied tussen de vlakken E = E + + E – (E+ en E– worden bepaald door formule (6), dus de resulterende spanning E = σ/ε o. Het veld is in dit geval dus geconcentreerd tussen de vlakken en verschijnt in dit gebied homogeen.

3.. Sferische oppervlakteradius R met gemeenschappelijke last Q uniform geladen met oppervlaktedichtheid +σ. Dankzij uniforme verdeling lading op het oppervlak, het daardoor gecreëerde veld heeft sferische symmetrie. Daarom zijn de spanlijnen radiaal gericht). Laten we mentaal een bol met straal selecteren R, dat een gemeenschappelijk centrum heeft met een geladen bol. Als r>R, dan komt alle lading in het oppervlak Q, waardoor het beschouwde veld ontstaat, en, volgens de stelling van Gauss, 4π R 2 E= Q/ε o , vanwaar

(7)

Als R"<R, dan bevat het gesloten oppervlak geen ladingen binnenin, daarom is er geen elektrostatisch veld binnen een uniform geladen bolvormig oppervlak ( E=0). Buiten dit oppervlak neemt het veld af met de afstand R volgens dezelfde wet als die van een puntlading.

4. Veld van een volumetrisch geladen bal. Radius bal R met gemeenschappelijke last Q uniform geladen met volumedichtheid ρ (ρ = d Q/D V– kosten per volume-eenheid). Rekening houdend met symmetrieoverwegingen kan worden aangetoond dat voor de veldsterkte buiten de bal hetzelfde resultaat zal worden verkregen als in het voorgaande geval. Binnenin de bal zal de veldsterkte anders zijn. Straal bol R"<R dekt de lading Q" =4/3π R" 3 ρ. Daarom volgens De stelling van Gauss, 4π R" 2 E = Q"/ε o = =4/3 π R" 3 ρ/ε o. Gezien het feit dat ρ = Q/(4/3π R 3), wij krijgen

. (8)

De veldsterkte buiten een uniform geladen bal wordt dus beschreven door formule (7), en binnenin varieert deze lineair met de afstand R"volgens uitdrukking (8).

5.. Cilinder met oneindige straal R gelijkmatig belast lineaire dichtheidτ (τ = d Q/D l– – kosten per lengte-eenheid). Uit symmetrieoverwegingen volgt dat de spanlijnen radiale rechte lijnen zullen zijn, loodrecht op het oppervlak van de cilinder. Als gesloten oppervlak selecteren we een coaxiaal met een geladen cilinder met een straal R en lengte l. Stroomvector E door de uiteinden van de coaxiale cilinder is gelijk aan nul (de uiteinden zijn evenwijdig aan de spanningslijnen), en door het zijoppervlak 2π rE.

Door De stelling van Gauss, bij R >R 2π rE = τ l/ε o , van waar

(9)

Als R < R, dan bevat het gesloten oppervlak geen ladingen binnenin, dus in dit gebied E= 0. De veldsterkte buiten een uniform geladen oneindige cilinder wordt dus bepaald door uitdrukking (8), maar er zit geen veld in.

7.Circulatie van de elektrostatische veldsterktevector

Als het zich in het elektrostatische veld van een puntlading bevindt Q een andere puntlading beweegt van punt 1 naar punt 2 langs een willekeurig traject Q o, dan werkt de kracht die op de lading wordt uitgeoefend wel. Werk aan het elementaire pad dl gelijk aan .

Sinds d l cos α = d R, Dat . Werk bij het verplaatsen van een lading Q o van punt 1 naar punt 2

(10)

is niet afhankelijk van het bewegingstraject, maar wordt alleen bepaald door de posities van de eerste 1 en de laatste 2 punten. Vandaar, het elektrostatische veld van een puntlading is potentieel en elektrostatische krachten zijn conservatief.

Uit formule (10) volgt dat de arbeid wordt verricht bij het verplaatsen van een elektrische lading in een extern elektrostatisch veld langs een gesloten pad L gelijk is aan nul, d.w.z.

Als we een positieve lading uit één punt nemen als een lading die wordt overgedragen in een elektrostatisch veld, dan is het elementaire werk van veldkrachten op het pad d l gelijk aan E D l = E l D l, Waar E l = E cosα – vectorprojectie E over de richting van elementaire beweging. Dan kan de formule geschreven worden als = 0.

De integraal wordt genoemd circulatie van de spanningsvector. Bijgevolg is de circulatie van de elektrostatische veldsterktevector langs elke gesloten contour nul. Hieruit volgt tevens dat de elektrische veldsterktelijnen niet gesloten kunnen worden.

De resulterende formule is alleen geldig voor het elektrostatische veld. Later zal worden aangetoond dat het veld van bewegende ladingen niet potentieel is en dat er niet aan voorwaarde (5*) is voldaan.

7.Elektrostatisch veldpotentiaal

Een lichaam dat zich in een potentieel krachtveld bevindt (en een elektrostatisch veld is potentieel) heeft potentiële energie, waardoor er werk wordt verricht door de veldkrachten. Zoals uit de mechanica bekend is, wordt het werk van conservatieve krachten volbracht door het verlies van potentiële energie. Daarom kan het werk van elektrostatische veldkrachten worden weergegeven als het verschil in potentiële energieën van een puntlading Q o op het begin- en eindpunt van het laadveld Q: ,

waaruit volgt dat de potentiële energie van de lading Q o in het laadveld Q gelijk aan , die, net als in de mechanica, wordt bepaald tot een willekeurige constante C. Als we aannemen dat wanneer de lading tot in het oneindige wordt verwijderd (r → ∞), de potentiële energie naar nul gaat ( U= 0), dan MET= 0 en potentiële laadenergie Q o gelegen in het laadveld Q op een afstand r ervan, is gelijk aan

(12)

Voor kosten met dezelfde naam Q O Q> 0 en de potentiële energie van hun interactie (afstoting) is positief. Voor afwijkende kosten Q O Q <0 и потенциальная энергия их взаимодействия (притяжения) отрицательна.

Als het veld door het systeem is aangemaakt N puntkosten Q 1 , Q 2 , …Q n , dan onderworpen aan superpositieprincipe potentiële energie U aanval Q o zich in dit veld bevindt is gelijk aan de som van zijn potentiële energieën Ui, gemaakt door elk van de kosten afzonderlijk

(13)

Uit formules (12) en (13) volgt dat de verhouding U/Q o hangt er niet van af Q o en is daarom de energiekarakteristiek van het elektrostatische veld, genaamd potentieel:

Potentiële φ op elk punt in het elektrostatische veld is een fysieke grootheid die wordt bepaald door de potentiële energie van een positieve ladingseenheid die op dit punt wordt geplaatst. Uit formules (12) en (13) volgt dat het potentieel van het veld gecreëerd wordt door een puntlading Q, is gelijk

Arbeid verricht door elektrostatische veldkrachten bij het verplaatsen van een lading Q o van punt 1 naar punt 2, kan worden weergegeven als

Een 12= U 1 -U 2 =Q o (φ 1 -φ 2), (15)

die. de arbeid is gelijk aan het product van de overgedragen lading en het potentiaalverschil op het begin- en eindpunt .

Arbeid verricht door veldkrachten bij het verplaatsen van een lading Q o van punt 1 naar punt 2 kan ook in de vorm geschreven worden

Door (14) en (15) gelijk te stellen, komen we tot de relatie φ 1 -φ 2 = , waarbij integratie kan worden uitgevoerd langs elke lijn die de begin- en eindpunten verbindt, aangezien het werk van de elektrostatische veldkrachten niet afhankelijk is van het traject van beweging.

Als je de lading verplaatst Q o vanaf een willekeurig punt buiten het veld, d.w.z. tot oneindig, waarbij de potentiaal onder voorwaarde nul is, dan is het werk van de elektrostatische veldkrachten, volgens (15), A ∞ = Q o φ of

Potentieel is dus een fysieke grootheid die wordt bepaald door de arbeid die wordt verricht om de positieve lading van een eenheid te verplaatsen wanneer deze van een bepaald punt naar oneindig wordt verplaatst. Deze arbeid is numeriek gelijk aan de arbeid die wordt verricht door externe krachten (tegen de krachten van het elektrostatische veld in) om een ​​positieve lading van een eenheid van oneindig naar een bepaald punt in het veld te verplaatsen.

Uit uitdrukking (14) volgt dat de eenheid van potentiaal de volt (V) is: 1 V is de potentiaal van een punt in het veld waarop een 1 C-projectiel een potentiële energie heeft van 1 J (1 V = 1 J/ C). Rekening houdend met de afmeting van de volt kan worden aangetoond dat de eerder geïntroduceerde eenheid van elektrostatische veldsterkte inderdaad gelijk is aan 1 V/m: 1 N/C = 1 N m/(C m) = 1 J/(C m) = 1 V/m.

Uit de formules (14) en (15) volgt dat als het veld door meerdere ladingen wordt gecreëerd, dan de veldpotentiaal van een systeem van projectielen is gelijk aan de algebraïsche som van de veldpotentialen van al deze ladingen. Dit is een aanzienlijk voordeel van de scalaire energiekarakteristiek van het elektrostatische veld (potentiaal) ten opzichte van de vectorkrachtkarakteristiek – intensiteit, die gelijk is aan de geometrische som van de sterkten van de velden die worden opgeteld.

Spanning als een potentiële gradiënt. Equipotentiale oppervlakken

Laten we de relatie vinden tussen de intensiteit van het elektrostatische veld, wat de vermogenskarakteristiek is, en het potentieel, wat de energiekarakteristiek van het veld is.

Werk eraan om een ​​positieve lading op één punt van het ene punt naar het andere langs een as te verplaatsen X op voorwaarde dat de punten oneindig dicht bij elkaar liggen en X 2 – X 1 = dx, gelijk aan E x dx. Hetzelfde werk is gelijk φ 1 – φ 2 = –dφ. Nadat we beide uitdrukkingen gelijkgesteld hebben, kunnen we schrijven , waarbij het gedeeltelijk afgeleide symbool benadrukt dat differentiatie alleen wordt uitgevoerd met betrekking tot X. Een soortgelijke redenering herhalen voor de assen bij En z, kunnen we de vector vinden E :

, (16)

Waar i , J , k – eenheidsvectoren van coördinaatassen X, bij, z.

Uit de definitie van gradiënt en (1.6) volgt dat , of , d.w.z. De veldsterkte is gelijk aan de potentiaalgradiënt met een minteken . Het minteken wordt bepaald door het feit dat de spanningsvector E veld is gericht op afnemend potentieel.

Om de verdeling van het elektrostatische veldpotentieel grafisch weer te geven, zoals in het geval van het zwaartekrachtveld, gebruikt u equipotentiaaloppervlakken – oppervlakken op alle punten waarvan de potentiaal φ dezelfde waarde heeft.

De equipotentiaaloppervlakken zijn in dit geval dus concentrische bollen. Aan de andere kant zijn de spanningslijnen in het geval van een puntlading radiale rechte lijnen. Bijgevolg staan ​​de spanningslijnen bij een puntlading loodrecht op de equipotentiaalvlakken.

Redeneren leidt tot de conclusie dat spanningslijnen altijd normaal zijn op equipotentiaaloppervlakken. Alle punten van een equipotentiaal oppervlak hebben inderdaad hetzelfde potentieel, dus de arbeid die wordt verricht om een ​​lading langs dit oppervlak te verplaatsen is nul, dat wil zeggen dat de elektrostatische krachten die op de lading inwerken altijd langs de normalen naar de equipotentiaaloppervlakken zijn gericht. Daarom de vector E is altijd loodrecht op equipotentiaaloppervlakken, en dus op de vectorlijnen E loodrecht op deze oppervlakken.

Rond elk ladingssysteem kan een oneindig aantal equipotentiaaloppervlakken worden getekend. Ze worden echter meestal zo uitgevoerd dat de potentiaalverschillen tussen twee aangrenzende equipotentiaaloppervlakken hetzelfde zijn. Vervolgens karakteriseert de dichtheid van equipotentiaaloppervlakken duidelijk de veldsterkte op verschillende punten. Waar deze oppervlakken dichter zijn, is de veldsterkte groter.

Door de locatie van de elektrostatische veldsterktelijnen te kennen, is het mogelijk om equipotentiaaloppervlakken te construeren en omgekeerd kan op basis van de bekende locatie van equipotentiaaloppervlakken de grootte en richting van de veldsterkte op elk punt in het veld worden bepaald. Als voorbeeld toont de figuur het uiterlijk van de spanningslijnen (stippellijnen) en equipotentiaaloppervlakken (ononderbroken lijnen) van het veld van een geladen metalen cilinder, die aan het ene uiteinde een uitsteeksel en aan het andere uiteinde een verdieping heeft.

Berekening van het potentieel op basis van veldsterkte

Het bestaande verband tussen veldsterkte en potentiaal stelt ons in staat het potentiaalverschil tussen twee willekeurige punten van dit veld te vinden met behulp van een bekende veldsterkte.

1.Veld van een uniform geladen oneindig vlak wordt bepaald door de formule E= σ/2ε ®, waarbij σ de oppervlakteladingsdichtheid is. Potentieel verschil tussen punten op afstand X 1 en X 2 vanuit het vlak (we gebruiken formule (16)), is gelijk aan

2.Veld van twee oneindig evenwijdige, tegengesteld geladen vlakken wordt bepaald door de formule E= σ/ε ®, waarbij σ de oppervlakteladingsdichtheid is. Het potentiaalverschil tussen vlakken, waarvan de afstand gelijk is aan d (zie formule (15)), is gelijk aan

.

3.Veld van een uniform geladen bolvormig oppervlak radius R met gemeenschappelijke last Q buiten de bol ( R > Q) wordt berekend met de formule: . Potentiaalverschil tussen twee punten op afstand R 1, en R 2 vanaf het midden van de bol ( R 1 >R, R 2 >R), is gelijk aan

Als we accepteren R 1 = R, En R 2 = ∞, dan is de potentiaal van een geladen bolvormig oppervlak .

4. Veld van een uniform geladen bal met straal R met gemeenschappelijke last Q buiten de bal ( R>R) wordt berekend met formule (82.3), dus het potentiaalverschil tussen twee punten die op afstand liggen R 1, en R 2, vanuit het midden van de bal ( R 1 >R, R 2 >R), wordt bepaald door formule (86.2). Op elk punt dat op afstand in de bal ligt R"vanuit het midden ( R" <R), wordt de spanning bepaald door uitdrukking (82.4): Het gevolg is het potentiaalverschil tussen twee punten die op afstand liggen R 1", en R 2′ vanaf het midden van de bal ( R 1 "<R, R 2′<R), is gelijk aan

.

5.Veld van een uniform geladen oneindige cilinder radius R, geladen met lineaire dichtheid τ, buiten de cilinder ( R>R) wordt bepaald door formule (15): .

Bijgevolg is het potentiaalverschil tussen twee punten die op afstanden r 1 en r 2 van de as van de geladen cilinder liggen (r 1 >R, r 2 >R) gelijk aan

.

Soorten diëlektrica. Polarisatie van diëlektrica

Een diëlektricum bestaat (zoals elke stof) uit atomen en moleculen. De positieve lading is geconcentreerd in de kernen van atomen, en de negatieve lading is geconcentreerd in de elektronische omhulsels van atomen en moleculen. Omdat de positieve lading van alle kernen van het molecuul gelijk is aan de totale lading van de elektronen, is het molecuul als geheel elektrisch neutraal. Als we de positieve ladingen van de kernen van een molecuul vervangen door de totale lading + Q, gelegen in het centrum van de “zwaartekracht” van positieve ladingen, en de lading van alle elektronen is een totaal negatief projectiel – Q, gelegen in het centrum van de “zwaartekracht” van negatieve ladingen, kan het molecuul worden beschouwd als een elektrische dipool met een elektrisch moment gedefinieerd door formule (80.3).

De eerste groep diëlektrica (N 2, H 2 O 2, CH 4 ..) bestaat uit stoffen waarvan de moleculen een symmetrische structuur hebben, d.w.z. de centra van “zwaartekracht” van positieve en negatieve ladingen bij afwezigheid van een extern elektrisch veld vallen samen en daarom valt het dipoolmoment van het molecuul R gelijk aan nul. Moleculen van dergelijke diëlektrica worden niet-polair genoemd. Onder invloed van een extern elektrisch veld worden de ladingen van niet-polaire moleculen in tegengestelde richtingen verschoven (positief langs het veld, negatief tegen het veld) en krijgt het molecuul een dipoolmoment.

De tweede groep diëlektrica (H 2 O, NH 3, SO 2, CO, enz.) bestaat uit stoffen waarvan de moleculen een asymmetrische structuur hebben, d.w.z. de centra van “zwaartekracht” van positieve en negatieve ladingen vallen niet samen. Deze moleculen hebben dus een dipoolmoment bij afwezigheid van een extern elektrisch veld. De moleculen van dergelijke diëlektrica worden polair genoemd. Bij afwezigheid van een extern veld zijn de dipoolmomenten van polaire moleculen als gevolg van thermische beweging echter willekeurig in de ruimte georiënteerd en is hun resulterende moment nul. Als een dergelijk diëlektricum in een extern veld wordt geplaatst, zullen de krachten van dit veld de neiging hebben de dipolen langs het veld te roteren.

De derde groep diëlektrica (NaCl, KCl, KBr,...) bestaat uit stoffen waarvan de moleculen een ionische structuur hebben. Ionische kristallen zijn ruimtelijke roosters met regelmatige afwisseling van ionen met verschillende tekens. In deze kristallen is het onmogelijk om individuele moleculen te onderscheiden, maar ze kunnen worden beschouwd als een systeem van twee