Тема 6. Вопрос 4.
Поляризация диэлектриков называется процесс ориентации диполей или появление под воздействием внешнего электрического поля ориентированных по полю диполей. Соответственно трем группам диэлектриков различают три вида поляризации:
-деформационная поляризация диэлектрика с неполярными молекулами, заключающаяся в возникновении у атомов индуцированного дипольного момента за счет деформации электронных орбит;
-ориентационная поляризация диэлектрика с полярными молекулами, заключающаяся в ориентации имеющихся дипольных моментов молекул по полю;
-ионная поляризация диэлектриков с ионными кристаллическими решетками, заключающаяся в смещении подрешетки положительных ионов вдоль поля, а отрицательных - против поля, приводящем к возникновению дипольных моментов.
-Поляризуемость молекул полярного и неполярного диэлектриков
Центры «тяжести»
положительных и отрицательных зарядов
в отсутствие внешнего электрического
поля совпадают и, следовательно, дипольный
момент молекулы
равен нулю. Молекулы таких диэлектриков
называются неполярными. Под действием
внешнего электрического поля заряды
неполярных молекул смещаются в
противоположные стороны (положительные
по полю, отрицательные против поля) и
молекула приобретает дипольный момент.
Центры «тяжести» положительных и отрицательных зарядов не совпадают. Таким образом, эти молекулы в отсутствие внешнего электрического поля обладают дипольным моментом. Молекулы таких диэлектриков называются полярными. При отсутствии внешнего поля, однако, дипольные моменты полярных молекул вследствие теплового движения ориентированны в пространстве хаотично и их результирующий момент равен нулю. Если такой диэлектрик поместить во внешнее поле, то силы этого поля будут стремиться повернуть диполи вдоль поля и возникает отличный от нуля результирующий момент.
Тема 6. Вопрос 5.
Часть 1.
Поляризация диэлектриков характеризуется физической величиной, называемой вектором поляризации (Р):
(Кл/м2) |
Здесь: pi – дипольный момент молекулы, V – объем диэлектрика. Вектор поляризации по смыслу представляет собой векторную сумму дипольных моментов всех молекул в единице объема диэлектрика. |
|
Из опыта следует, что для многих диэлектриков при не очень сильных полях, вектор поляризации прямо пропорционален напряженности внешнего поля; |
- коэффициент пропорциональности - называется диэлектрической восприимчивостью диэлектрика, она зависит от плотности диэлектрика и температуры ( - греческая буква «хи»).
= 1 – вакуум 1 – воздух, газы 1 для всех диэлектриков |
- диэлектрическая
проницаемость
– безразмерная величина, показывающая,
во сколько раз уменьшается напряженность
поля внутри диэлектрика по сравнению
с вакуумом.
Электрическое поле в диэлектриках характеризуют также вспомогательным вектором D:
|
вектор электрической индукции (электрического смещения) |
Вектор D физического смысла не имеет, но он удобен в случае, когда линии напряженности внешнего поля перпендикулярны поверхности диэлектрика. В этом случае D в вакууме и в диэлектрике имеет одно и то же значение: D = D0..
Векторы напряженности E, электрической индукции D и поляризации P связаны между собой соотношением:
|
Диэлектрическая проницаемость это макрохарактеристика диэлектрика, она зависит от структуры и свойств его молекул и от температуры диэлектрика. Экспериментально определить легко. Для этого нужно поместить диэлектрик в конденсатор и измерить емкость с диэлектриком и без него: = С/С0. Исследуя зависимость диэлектрической проницаемости от температуры Т, можно получить сведения о свойствах молекул. Для этого нужно иметь формулу зависимости (Т), в которую входили бы характеристики молекул. Сложность в получении такой формулы состоит в том, что средняя напряженность поля внутри диэлектрика и поля, окружающего данную молекулу, отличаются друг от друга. Разными учеными теоретически были получены различные формулы. Наиболее универсальной формулой является:
|
где n – концентрация молекул, - поляризуемость молекулы, р0 - дипольный момент молекулы, k – постоянная Больцмана, T – абсолютная температура, 0 – электрическая постояннная |
