Главная ->  Основание неперовых логарифмов 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 [ 13 ] 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87

Из сравнения ур-ний (ХЛЬ) и (1.46) видно, что изменение потенциала у шара В будет происхадить в той же фазе, что и у шара А, но при том же заряде Qm амплитуда будет тем меньше, чем больше расстояние /.

Расположим теперь оба шара вблизи большой проводящей поверхности, например, поверхности SS (фиг. 1.20). Чтобы найти теперь потенциал шара В, заменим действие этой

поверхности действием зеркального изображения шаров А и В.

Для этого заменим фиг. 1.20 фиг. 1.21; на которой прежнее поло-


Фиг. 1.20.

жение плоскости SS отмечено пунктиром. Теперь потенциал шара В составится из трех слагаемых:

a) потенциала, наводимого зарядом шара Л, равного Q;

b) потенциала, соответствующего заряду воображаемого шара А,

имеющего обратный знак заряда по сравнению с А, т. е. - Q;

c) потенциала, соответствующего заряду воображаемого шара В, который в данном случае равен нулю, так как шар В изолирован и заряд его равен нулю.

Таким образом потенциал шара В будет

(1.47)

Легко видеть, что разность ---уменьшается по мере приближения шара А или шара В к плоскости SS. Таким образом приближение плоскости SS уменьшает электростатическую связь между шарами.

Это действие проводящей плоскости SS называют экранирующим действием , а самую проводящую плоскость-электростатическим экраном .

Значительное усиление электростатического экранирования получится, если взамен плоскости взять какую-нибудь поверхность, которая разделяет

один шар от другого, как, например, по-jif казано на фиг. 1.22, где шары и поверх-

ность видны в разрезе.



£0

Фиг. 1.22.

Фиг. 1.23.

Полная электростатическая экранировка получится тогда, если шар А или шар В окружен замкнутой поверхностью (например фиг. 1.23), причем достаточно сделать эту поверхность из металлической сетки.

Электростатические экраны широко применяются в радиотехнических устройствах и в особенности в усилителях для уничтожения электростатического воздействия мощных каскадов усилителя на маломощные.



§ 9. Явления в диэлектрике

под действием электрического поля.

Под действием электрического поля в диэлектрике происходит целый ряд сложных и разнообразных явлений, механизм которых еще далеко не полностью изучен.

Многие из этих явлений приобретают особенно больщое значение при высокой частоте и сильно затрудняют и даже делают невозможным применение ряда диэлектриков, применяющихся в технике низкой частоты.

Во-первых, самая причина, по которой диэлектрик обладает диэлектрической проницаемостью большей единицы, заключается в том, что в нем имеются заряды, способные под влиянием электрического поля смещаться, причем этому смещению противодействует некоторая сила, носящая характер упругости.

Чтобы пояснить это, приведем следующую электромеханическую модель диэлектрика. Между металлическими пластинами А и В (фиг. 1.24) находятся заряженные шарики fl, b, с, d и т. д. Шарики поочередно заряжены противоположными знаками, и поэтому в схеме не создают никаких потенциалов на пластинах А и В.

Показанными на фиг. 1.24 спираль ными пружинками, сделанными из изолятора, шарики удерживаются в своем положении в середине между пластинами

Если теперь к пластинам приложить разность потенциалов, то под влиянием электрического поля шарики переместятся: заряженные отрицательно - приблизятся к положительной пластине, а заряженные положиельно - к, отрицательной.

Поэтому, кроме энергии электрического поля, между пластинами АиВ \ будет находиться еще запас энергии в форме упругого смещения пружинок На создание этого запаса энергии должна была быть израсходована работа источника, заряжавшего пластины А и В. Если пластинам сообщена разность потенциалов Е, то энергия затрачивается, во-первых, на заряд кон-

денсатора. Эта энергия равна-2-, где С - действительная емкость между

пластинами А и В. Во-вторых, затрачивается еще энергия W на сжатие пластинок. Рассматривая систему как конденсатор и не зная о существовании внутри се заряженных шариков, мы нашли бы ее емкость следующим образом.

Полная энергия системы равна


Фиг. 1.24.

СЕ ,

(1.48)

При разности потенциалов Е она соответствует некоторой кажущейся емкости Скаж, которая определится из формулы

Иполн =

с Е

откуда

Скаж - 2

СЕ -f 2W

С + 2

(1.49) (1.50)

Таким образом статическая емкость конденсатора с диэлектриком Скаж, получаемая из опыта, оказывается увеличенной против емкости такого же по размерам воздушного конденсатора вследствие наличия упруго смещающихся зарядов, В случае диэлектриков мы это увеличение и усчитываем в



форме диэлектрической пронидаемости. И так как для большинства диэлектриков запас работы W пропорционален Е, то второе слагаемое в ур-нии

(1.50), т. е. 2- оказывается величиной, не зависящей от Е.

Во-вторых, молекулы сложного вещества имеют некоторую поляризацию, т. е. представляют собой в электрическом смысле полярные тельца. Каждая молекула, взятая порознь, окружена электрическим полем. Совокупность молекул не образует поля, так как в твердых телах молекулы взаимно ориентированы таким образом, что поля их уничтожаются, а & жидких телах они находятся в беспорядочном движении и расположены по закону вероятности так, что внешнее суммарное поле всех молекул, вместе взятых, равно нулю.

Под влиянием приложенного поля эта ориентировка изменяется, и молекулы Поворачиваются таким образом, что образуют поле, направленное противоположно действующему на них извне. При исчезновении приложенного извне поля они вновь возвращаются в прежнее состояние.

В-третьих, в диэлектрике присутствуют свободные ионы, которые под влиянием электрического поля способны перемещаться и образовывать внутри массы диэлектрика объемные заряды, нарушая при этом однородность поля в толще диэлектрика и образуя поля, направленные противоположно приложенному извне.

В-четвертых, в толще диэлектрика под действием поля образуется сквозной ток , т. е. ток проводимости, который может быть обусловлен электролизом, перейосом ионов или проводимостью металлического характера, т. е. перемещением электронов, слабо связанных с атомным ядром и легко переходящих от одного атома к другому.

Перемещения зарядов и повороты осей поляризованных молекул, носящие упругий характер, образуют в диэлектрике под действией поля запас реактивной энергии, т. е., другими словами, увеличивают диэлектрическую проницаемость.

Перемещения, носящие неупругий, характер, и всякого рода трения, происходящие при молекулярных перемещениях, возникающих под действием поля, влекут за собой потерю энергии или, иначе говоря, обусловливают переход ее в тепло.

Как диэлектрическая проницаемость, так и потери зависят от частоты и от физических условцй (в особенности от температуры).

Зависимость от величины поля за редкими исключениями практически столь ничтожна, что ею можно пренебречь, пока диэлектрик не начинает разрушаться под действием высокой температуры или перенапряжений. Поэтому при постоянных физических, условиях большинство диэлектриков может рассматриваться как линейная система и к ним может быть применен принцип независимости действия.

Разрушение диэлектрика может наступить или вследствие изменения его физических свойств под действием высокой температуры (обусловленной большой мощностью, выделяемой вследствие потерь) или вследствие электрического пробоя, обусловленного тем, что напряженность поля превысила некоторую предельную границу для данного материала.

В отношении электрического пробоя весьма существенную роль играет однородность диэлектрика и однородность поля, в котором он назьодится.

Пробой, начавшийся в одном месте (вследствие большей силы поля или меньшей прочности диэлектрика в данном месте), приводит к разрушению окружающих мест и в конечном счете к пробою всей толщи диэлектрика.

Электрическому пробою обычно предшествуют подготовительные процессы в диэлектрике.

В газе такой подготовительный процесс заключается в постепенном усилении ионизации, производимой электрическим полем. В твердых диэлектриках он заключается в предварительных изменениях вещества, особенно в местах вкрапления различных неоднородностей и, в частности,



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 [ 13 ] 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87