Діелектрики в електричному полі - студопедія
Діелектрікі- речовини, в яких при не дуже високих температурах і під час відсутності сильних електричних полів немає вільних зарядів, здатних проводити електричну ний струм.
Молекули діелектрика електрично нейтральні, але в залежності від положення центрів позитивних зарядів ядер і негативних зарядів всіх електронів розрізняють полярні і неполярні молекули.
До полярних относятсянесімметрічние молекули (СО, NH, HCl і ін.) У яких центри зарядів різних знаків зрушені один щодо одного (рис.4.10). Вони володіють власним дипольним моментом
де l - плече диполя.
До неполярних молекул відносяться симетричні молекули (Н2. N2. O2 і т.д.), у яких під час відсутності зовнішнього електричного поля центри позитивних і негативних зарядів збігаються. Такі молекули не мають власного дипольниммоментом.
При внесенні неполярной молекули в зовнішнє електричне поле в ній індукується (наводиться) діполь- ний момент за рахунок зміщення площини орбіти електрона на малу відстань (ріс.4.11). Величина дипольного моменту пропорційна напруженості зовнішнього поля Е, а напрямок вектора збігається з напрямком вектора.
Дія зовнішнього поля на полярну молекулу зводиться до повороту диполя в напрямку поля (рис.4.12). Момент, що обертає. діючий на диполь, дорівнює векторному добутку векторів і
а модуль механічного моменту
Під час відсутності зовнішнього електричного поля сумарний ний дипольний момент як полярних, так і неполярних діелектриків дорівнює нулю. При внесенні діелектрика в зовнішнє електростатичне поле відбувається його поляріза- ція, яка веде до виникнення деякого сумарного електричного моменту молекул. Існує три типи поляризації: орієнтаційна, електронна і іонна.
Рис.4.10 Рис. 4.11 Рис. 4.12
Орієнтаційна поляризація характерна для діелек- триків з полярними молекулами. Під дією поля жорсткі диполі прагнуть повернутися таким чином, щоб діполь- ні моменти збігалися з напрямком вектора напруженість ності поля. Цьому перешкоджає тепловий рух моле- кул, тому ступінь переважної орієнтації їх дипольних моментів зменшується з підвищенням темпера тури.
Електронна поляризація спостерігається в діелектрі- ках з неполярними молекулами. В електричному полі неполярні молекули набувають індуковані діполь- ні моменти, спрямовані вздовж поля. Даний вид поляризації не залежить від теплового руху молекул, а, отже, і від температури.
Іонна поляризація має місце в кристалічних діелектриках з іонними гратами типу NaCl. Під дейст- Вієм поля позитивні іони зміщуються вздовж поля, а негативні - проти поля. Це призводить до виникнення електричного моменту у діелектрика.
Розглянуті типи поляризації можуть поєднуватися один з одним.
Кількісною мірою поляризації діелектрика служить вектор поляризації - електричний момент одиниці об'єму діелектрика
де n - число диполів, що містяться в обсязі V. діелектрі6- ка; - електричний момент i - го диполя.
У слабких електричних полях для діелектриків будь-якого типу
де æ (Капа) - діелектрична сприйнятливість речовини.
Завдяки поляризації діелектрика (при будь-якому її типі) у тій його поверхні, в яку входять силові лінії внеш- нього поля, виходить надлишок негативних зарядів (негативно заряджених кінців молекул - диполів). У протилежному поверхні, з якої виходять силові лінії, виникає надлишковий позитивний заряд (рис. 4.13).
Ці так звані поляризаційні або пов'язані заряди розподіляються по поверхні діелектрика з поверхневою щільністю. Поверхнева щільність поляризованих зарядів дорівнює нормальної складової вектора поляризації.
Висловивши P через Е (4.34), приходимо до формули
де - нормальна складова напруженості поля всередині діелектрика.
Освіта полярізован- них зарядів призводить до виникнення до- ного електричного поля. яке спрямоване проти зовнішнього поля і послаблює останнім. Тому результі- ючий поле всередині діелек- трику в силу принципу супер- позиції одно