II. Elektrische Felder in Materie II.1. Dielektrika

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1 II. Elektrische Felder in Materie II.1. Dielektrika
  polare Dielektrika: z.B. Wasser permanente molekulare Dipole Ausrichtung  starkes Gegenfeld   nicht-polare Dielektrika: induzierte molekulare Dipole: „Polarisation” ⊕ Atomkerne ⊝ Elektronenwolke der Atomhüllen Polarisation  Gegenfeld, oft  E Suche effektive Beschreibung ohne volle mikroskopische (atomare) Theorie  Identifiziere geeignete Materialparameter!

2  U Beispiel: Abstoßung von Gasblasen in Öl Abstoßung Gasblase    
EL 1.41  Abstossung von Gasblasen in Öl Gasblase

3 Polarisationsladung  pol
II.2. Polarisation und Suszeptibilität Molekülpolarisation: molekulares Dipolmoment Polarisationsdichte: Definition: Der Tensor  mit heißt molekulare Polarisierbarkeit gesuchter Materialparameter isotropes Material    Zahl Einheit []  [0]·m3 Freie Ladung  frei   Polarisationsladung  pol V  

4 Polarisationsladung  pol
Polarisationsdichte: Definition: Der Tensor heißt dielektrische Suszeptibilität. Der Tensor heißt relative Dielektrizitätskonst. Freie Ladung  frei   Polarisationsladung  pol V  

5 Polarisationsladung  pol
II.3. Feldgleichungen in Materie (Tafelrechnung) Freie Ladung  frei   Polarisationsladung  pol V   Def.: Dielektrische Verschiebung (Materialgleichung) Folgerung: (Feldgleichung)

6 Folgerung: Stetigkeitsbedingungen an Grenzschichten
(nur für ungeladene Schichten) (nur für Elektrostatik) Medium 1 Medium 2 V A Medium 1 Medium 2 A L (gilt auch in der Elektrodynamik)

7 Zusammenfassung: Materialgleichung: Feldgleichungen: Für homogene isotrope Medien ersetze in allen Formeln für das Vakuum einfach 0 durch r0. Homogene isotrope Medien:

8 (Isolator, große Polarisierbarkeit)
Beispiel: Kondensator mit Dielektrikum Dielektrikum (Isolator, große Polarisierbarkeit)   z d A r Feldenergie: Verallgemeinerung von EL 1.39  Dielektrikum im Plattenkondensator EL 1.40  Rotierendes Dielektrikum im Plattenkondensator

9 h d U Kraft auf ein Dielektrikum: V(h) r fl
Steigen/Sinken der Flüssigkeitssäule um dh  Änderung der potentiellen Energie Feld: Batterie: mech. Arbeit: Gleichgewicht:  EL 1.42  Plattenkondensator in Küvette mit Öl