Электрические и магнитные свойства вещества

Д иполь и его электрический (дипольный) момент .

Диполь – простейшая электрическая модель молекулы вещества.

где электрический (дипольный) момент i молекулы, число молекул в объеме , вектор поляризации диэлектрика (поляризованность диэлектрика), электрический (дипольный) момент единицы объема диэлектрика.

К

лассификация диэлектриков: неполярные, полярные, сегнетоэлектрики.

Неполярные диэлектрики

Без внешнего поля (вектор напряженности электрического поля).

Состоят из неполярных молекул, у которых центры положительного и отрицательного зарядов совпадают ( ). Поэтому

, , . собственное поле диэлектрика.

В поле (электронная (деформационная) поляризация молекул).

Положительные и отрицательные центры зарядов в молекуле расходятся в разные стороны ( ), так что дипольные моменты молекул ориентируются строго по полю (индуцированные дипольные моменты). Поэтому

, ,

, , , результирующее поле в диэлектрике, безразмерная диэлектрическая проницаемость вещества. Диэлектрик втягивается в область более сильного поля.

Электронная (деформационная) поляризация неполярных молекул, диэлектрическая восприимчивость и проницаемость среды

Пусть электронная поляризуемость молекулы. Для сферических молекул , где радиус молекулы, объем. Тогда

– для газа неполярных молекул

,

где концентрация молекул;

– для плотного газа, жидкости и кристаллов кубической сингонии

Таким образом, и не зависят от температуры и поля, а зависят от поляризуемости молекул, т. е. от их объема и концентрации.

Полярные диэлектрики

Без внешнего поля

Состоят из полярных молекул. Центры положительных и отрицательных зарядов не совпадают ( ). Поэтому

, из-за теплового разупорядочения молекул.

В поле (ориентационная поляризация молекул)

Происходит поворот полярных молекул так, что дипольные моменты молекул ориентируются преимущественно (не строго) по полю. Последнее имеет место из-за их теплового разупорядочения. Поэтому

, ,

приблизительно , , ,

Диэлектрик втягивается в область более сильного поля.

Ориентационная поляризация полярных молекул, диэлектрическая восприимчивость и проницаемость среды

При помещении полярной молекулы, имеющей собственный дипольный момент , происходит « поворот» молекулы с преимущественной ориентацией момента по полю. Пусть ориентационная поляризуемость молекулы.

где собственный дипольный момент молекулы. Тогда:

– для газа молекул

– для плотного газа, жидкости и кристаллов кубической сингонии

и зависят от температуры, концентрации молекул и их дипольного момента, не зависят от поля.

Электронная поляризация также имеет место и у полярных молекул, но она много меньше ориентационной.

Таким образом, в результате помещения диэлектрика в пространство, где есть электростатическое поле, получаем

напряженность, потенциал и энергия поля без диэлектрика, с диэлектриком (например, в конденсаторе).

Поверхностные заряды

При помещении нейтрального однородного диэлектрика во внешнее электрическое поле на его граничных поверхностях возникают разноименные поверхностные заряды (в целом диэлектрик электронейтрален). Они и создают собственное электрическое поле диэлектрика.

.

поверхностные плотности зарядов на обкладках проводника (конденсатора) и на расположенных рядом поверхностях диэлектрика.