18. Диэлектрики в электростатическом поле. Отклик диэлектриков на внешнее поле

1. Диэлектрики – вещества, неспособные проводить электрический ток.

Фарадей. (dia- греч. через,electric– электрический)

В них нет свободных носителей, точнее их в раз меньше, чем в проводникахдиэлектрик совокупность связанных в атомы и молекулы положительных и отрицательных зарядов,то есть совокупность электронейтральных систем, которые с электростатической точки зрения имеюти, следовательно, характеризуются дипольным моментом:суммирование проводится по всем заряженным частицам молекулы.

2. Микро и макро поля.

Размер атомов .

Размер электронов и ядер в раз меньше, следовательно, на долю заряженных частиц приходится ничтожнаядоля объемамежду ядрами и электронами – вакуум, в котором поле очень резко изменяется. Это поле называется микроскопическим.

Микрополя очень сложно изменяются во времени и пространстве.

Мы будем заниматься макро полями

- физически бесконечно малый объем вокруг точки объем ~ атомно-молекулярного. Микроскопически - это большой объем, т.к. в нем много заряженных частиц.

Именно с этой точки зрения создаваемые молекулами и атомами поля определяются их дипольными моментами.

3. Все диэлектрики делятся на:

1) неполярные, у которых в отсутствии внешнего электрического поля,дипольный момент молекул. В этих диэлектриках центр положительных и отрицательных зарядов каждой молекулы совпадают.

Такими диэлектриками являются газы ,,,.

Масштаб электрических полей взаимодействий в атоме

- первый Боровский радиус

Во внешнем электрическом поле у молекул неполярного диэлектрика вследствие деформации их электронных оболочек возникает наведенный дипольный момент .

2) Полярные диэлектрики – это жесткие диполи, у которых существуют при .В этих диэлектриках центры положительных и отрицательных зарядов каждой молекулы не совпадают.

К полярным диэлектрикам относятся ,.

При также, как в неполярном диэлектрике, дипольный момент единицы объемаусреднение проводится по физически бесконечно малому объему).

На молекулы неполярного диэлектрика в поле действует вращательный момент. При этом количество молекул, которым удается развернуться по полю, определяется энергетическими соображениями:

энергией дипольной молекулы во внешнем электрическом поле и конкуренцией с тепловым движением, которое разбрасывает диполи равномерно по всем направлениям ( именно поэтому при- эффективное поле атома, соответствующее температуре 300 К.

Для полярного диэлектрика, на который наложили внешнее поле , выясним, как будут вести себя его молекулы, имеющие собственный дипольный момент.

Имеем статистический ансамбль молекул с энергиями .

В соответствии с распределением Больцмана для потенциального поля , где- распределение концентрации диполей по углам.

- угол междуи.

Для

при,при

То есть в линейном приближении средний дипольный момент одной молекулы также, как и для неполярных молекул.

Заменив , получим средний дипольный момент одной молекулыдипольный момент единицы объема , т.о. получили «на кончике пера» в линейном приближениидипольный момент единицы объема , где .развернуть легче, чем деформировать электронную оболочку, но при в любом диэлектрике, как полярном, так и неполярном, .