1 Electrische velden in di-elektrica=isolatoren concepten

2 Polarisatie neutraal atoom Element Z  /  Helium 2 3x m 3 Neon 10 5x m 3 Argon 18 20x m 3 Waterdamp 500x m 3 Kern lading -Q d E +Q FEFE FeFe bolsymmetrisch  dipoolmoment R elektronenwolk uniforme bol (R) +Q -Q

3 Polarisatie polair molecuul H H H H H H H H O H H O O O O Moleculen intrinsiek dipoolmoment p Voor E=0: oriëntatie p random O H H O H H O H H O H H O H H E Voor E  0: oriëntatie p // E

4 Di-electricum Macroscopisch  Lineare materialen; netto lading alleen op rand (dit college)  Algemene uitdrukking (voor later) Een isolator wordt door een veld, E o gepolariseerd (P ). Dit heeft een netto ‘gebonden’ oppervlaktelading (  pol ) tot gevolg en dus een ‘extra’ electrisch veld, E pol E o P E pol E total =E o +E pol - Lineaire isolator eenvoudigste relatie E (=E total ) en P Electrische susceptibiliteit= polariseerbaarheid

5 Polarisatie van een materiaal in E-veld Onder aanname van lineair di-elektrikum Opgelegd veld: Eo Eenvoudigste relatie E en P : ++ Netto P -- Let op in vraag f: welk veld wordt er bedoeld? In materiaal E pol Merk op: configuratie fysich equivalent aan twee geladen platen. Dus gelijke relatie E veld en lading als plaatcondensator ( bewijs volgt ):

6 Vlakke isolator met di-electrikum (I) d +  vrij =Q vrij /A (gegeven) Vrije lading ‘Lege’ plaatcondensator: Gauss doosje a E cond =E boven + E onder E cond =2E boven z Met di-electrikum  veld in condensator veranderd E cond

7 De elektrische verschuiving D E-veld wordt bepaald door totale ladingsverdeling. Daarom beschouwen het E-veld ten gevolge van vrije lading en gebonden (of polarisatie) lading. Gevolg: het uiteindelijke E-veld ten gevolge van vrije ladingen en gepolariseerde (lineaire) materialen hangt alleen en slechts alleen af van de vrije ladingen! En de polarisatie P dus ook. Voor E-veld (divergentie stelling): D is een ‘hulpveld’ om rekenen makkelijker te maken! D hangt alleen van vrije lading af en bepaal je bij voorkeur met Gauss. Voor liefhebbers!

8 d a a ++ Vlakke isolator met di-electrikum (II) Nu volgt overal E uit D: Eenvoudigste relatie E en P:  pol =P  n -  0  e E cond D Voor liefhebbers!

9 DEMO: Plaatcondensator met dielektricum

10 VI: Wat heb ik geleerd? VI: Wat heb ik geleerd? Materialen: –Isolator p E via D via Gauss (symmetrie) E veld te bepalen via het identificeren van (netto) gebonden en vrije lading. - Eenvoudigste relatie E en P : OF

11 Practicum Electrostatica 1.Millikan  quantisatie van lading. (verslag) 2.De Plaatcondensator. (labjournaal) 3.Potentiaal en Veld van een lijnlading. (labjournaal) 4.Optioneel: de spiegellading. (labjournaal, bonus) Zie de college webpage voor meer documentatie

12 Quantisatie elektrische lading

13 PRAKTICUM: Millikan