הכנסת דיאלקטריק לקבל משנה את השדה בצורה שונה תלוי אם הסוללה שלו נשארת מחוברת.
תנאי קדם: 13, 15.
- קשר מטען חופשי ומטען קשור ל-D, E וקיטוב
- השווה שינוי דיאלקטריק עם מטען קבוע ומתח קבוע
- השתמשו בתגובה קונסטיטיוטבית מגנטית ובתנאי הגבול לזרם חופשי
EM.4 · Polarisation, magnetisation and material fields
GRE Subject Test · GRE Physics · נושא 29
5:59
קיטוב, מגנטיזציה ושדות חומר
הזרקת דיאלקטרית לקבל משנה את השדה בצורה שונה אם המקור הופסק והצורה השונה אם הוא עדיין מחובר. נושא זה…
קריאת קול באנגלית · תרגום אנגלי + סינית שרוף בתוך הסרטון
29.1
קיטוב, מגנטיזציה ושדות חומר
מילון מונחים
אימון
| English | עברית |
|---|---|
| electric polarisation/ɪˈlektrɪk ˌpəʊləraɪˈzeɪʃn/ | קוטבי חשמל |
| magnetisation/ˌmæɡnɪtaɪˈzeɪʃn/ | מגנטיות |
| capacitance/kəˈpæsɪtəns/ | קיבול חשמלי |
29.2
הפרד מטען חופשי ומטען קשור
הקטביות חשמלית P היא מומנט דו-קוטבי חשמלי ליחידת נפח, הנמדדת ב-C/m². הגדר D=ε₀E+P כך ש∇·D=ρ_free; המטען הכולל, כולל מטען קשור, עדיין מופיע ב∇·E=ρ_total/ε₀. מטען נפחי קשור הוא ρ_b=−∇·P ומטען פני השטח הקשור הוא σ_b=P·n, כאשר n מצביע החוצה מהחומר. הקטביות אחידה לכן אינה יוצרת מטען קשור בתוך החומר אך יכולה ליצור מטעני פני שטח עם סימן הפוך. דיאלקטר אינו מתכת מושלמת: הקטביות אינה חייבת להפוך את השדה החשמלי הפנימי לאפס.
29.3
יישם את יחס החומר
לדיאלקטריק ליניארי איזוטרופי, P=ε₀χ_e E ו-D=εE כאשר ε=ε₀(1+χ_e)=ε₀ε_r. יחסים סקלאריים פשוטים אלו מניחים תגובה ליניארית ומתעלמים מאניסוטרופיה, פיזור חזק והשפעות לא ליניאריות. בקבל לוחות מקביל מלא וגדול עם השפעות שוליים זניחות, D אנכי ללוחות שווה לצפיפות המטען החופשי במשטח. אם σ_free נשאר קבוע, הגדלת ε מצטמצמת את E=σ_free/ε. המטענים הקשורים מתנגדים לשדה המופעל; גודלם אינו שווה אוטומטית למטען הלוחות החופשי.
29.4
שמור על מטען או מתח קבועים
לשטח לוח A ומרווח d, C=εA/d. ניתוק הסוללה מקבע את המטען החופשי Q: V=Q/C יורד ואנרגיה מאוגרת U=Q²/(2C) יורדת כאשר דיאלקטר מגדיל את C. השארת מקור מתח מושלם מחובר מקבע את V: Q=CV ואנרגיה מאוגרת U=CV²/2 both rise. המקור מספק אנרגיה ותנועת הדיאלקטר עשויה להשתמש בעבודה מכנית; השוו את כמות האנרגיה החשמית הנאמרת ולא תניחו שקבל לבדו הוא מערכת מבודדת. במשטח חומר n·(D₂−D₁)=σ_free, בעוד שהרכיב המשיורי הסטטי של E רציף. Rכיב Nורמלי של E משתנה בדרך כלל כאשר קבוע הדיאלקטריקה משתנה.
29.5
הבדל בין שדות מגנטיים
מגנטיות M היא מומנט דו-קוטבי מגנטי ליחידת נפח, הנמדדת ב-A/m. בSI, B=μ₀(H+M); לתגובה ליניארית ואיזוטרופית M=χ_m H ו-B=μ₀(1+χ_m)H. לB ולH יש יחידות ותפקידים שונים. סולנואיד ארוך ואחיד יש לו H≈nI כאשר השפעות קצה והמגנטיזציה הפוכה זניחות; התגבות החומר אז משנה את B. זרם פני שטח חופשי קובע n×(H₂−H₁)=K_free, והרכיב הנורמלי של B נשאר רציף. היסטריזה פרו-מגנטית ורוויה לא יכולות להיות מיוצגות על ידי קבוע אחד χ_m לכל השדה.
29.6
שיטה מפורטת
קבל מנותק לפני הכנסת דיאלקטר ליניארי עם קבוע דיאלקטריק יחסי 4. המטען החופשי נשאר קבוע; הקיבוליות הופכת לארבע פעמים הערך המקורי שלו.
$$V'=Q/(4C)=V/4,\qquad U'=Q^2/(2\times4C)=U/4.$$
אם סוללה מושלמת נשארת מחוברת במקום זאת, V נשאר קבוע:
$$Q'=4CV=4Q,\qquad U'=\tfrac12(4C)V^2=4U.$$
המקור מתחלף באנרגיה. אל תשווה מטען מבודד ומתח קבוע כניסוי זהה.
29.7
בדוק תנאים ומילוגיה
השתמש במטען חופשי במשוואת D ובמטען הכולל במשוואת E. אל תבלבל בין Q קבוע לבין V קבוע, או זהה את B מספרית עם H.
קטביות חשמלית: מומנט דו-קוטבי חשמלי ליחידת נפח, P, התורם למטען קשור.
מגנטיות: מומנט דו-קוטבי מגנטי ליחידת נפח, M, הנכנס ל-B=μ₀(H+M).
שיעורים אינטראקטיביים בנושא זה
לעבור על הדברים צעד אחר צעד, עם תרגילים לבדיקה מיידית.