XVIII. Тарау. Диэлектриктердегі электр өрісі

§1. Полярлы және полярлы емес молекулалар. Байланыскан

және еркін зарядтар

Диэлектриктер қүрамларына зарядталган бөлшектер, ягни

теріс электрондар мен он ядролар кіретін молекулалардан тұ-

рады. Бұл молекула ішіндегі оң жэне теріс зарядтар бірін-бірі

теңгеруінің аркасында сол молекула бейтарап болып келеді. Егер

диэлектрикті электр өрісіне енгізсек, онда бұл өрісте

диэлектриктердін өзі де елеулі езгеріске ұшырайды. Мұның себебін

түсіну үшін атом мен молекулалардың құрамында оң зарядталган ядро

мен теріс зарядталған электронның бар екендігін ескеру керек.

Электрондар зор жылдамдыкпен атом мен молекуланың шегінде

ядрога катысты өзінің орнын үнемі өзгерте отырып козгалады.

Сондықтан эрбір электронның сыртқы зарядтарга эсері, шамамен

қандай да бір нүктеде электронның уакыт бойынша есептелген

орындарының орташа мэні аркылы тыныштыкта тұргандагыдай

жагдайда алынады.

Молекулалардын өлшемдерімен салыстырганда анагұрлым

үлкен кашыктықтар үшін электрондардың эсері қандайда бір нүктеде

орнапастырылган молекуланың ішіндегі олардың зарядтар қосын-

лысының әсеріне эквивапентті болады. Бүл нүктені теріс зарядтардың

нуырлық центрі деп атайды. Осы сиякты ядролардың эсері оң заряд-

іардың ауырлық центріне орнапастырылган олардың зарядтар қосын-

дысының эсеріне эквивапентгі болады. Зарядгардың ауырлык центрі-

мің орны, кэдімгі механикадан белгілі массапардың ауырлык центрі-

нің орнын тапқан сияқты.

Демек, оң зарядтардың ауырлық центрінің радиус-векторы

мынаган тең:

Осы сияқты теріс зарядтардың ауырлық центрінің радиус-

иекторы:

г (62)

г я і г, Ч, г,

Я', ~Я

я<* - - ?; - я, ■ (63)

239

Сыртқы электр ерісі болмаған кезде оң

жэне теріс зарядтардың ауырлык центрлері

бір-біріне катысты дәл келуі де немесе ығыс-

кан болуы да мүмкін. Соңғы жағдайда моле-

кула электр дипольғе эквивалентті болады да

полярлык деп аталады (23-сурет).

Полярлық молекуланың меншікті элек-

трлік моменті (7’) өрнек бойынша жэне (62)-

өрнек пен (бЗ)-өрнекті ескерсек мынаған тең

болады:

23-еурет

Р -д 1 -д{г* -?")■ Ч,г, + ч ,г

немесе

Р - дкгк (64)

мүндағы щк- алғебралык шама, қосындылау молекуланың

барлык оң жэне теріс зарядтары үшін орынды. Өріс жок болғанда эр

таңбалы зарядтардың ауырлык центрлері біріккен, меншікті электрлік

моменттерге ие болмайтын молекулалар полюсті емес деп аталады.

Сыртқы электр өрісі эсерінен полюсті емес молекулалардағы зарядтар

бір-бірімен сапыстырғанда оң зарядтар өріс бағытымен, ал теріс

зарядтар өріске қарсы ыгысады. Нәтижесінде молекулалар электрлік

моментке ие болады, оның шамасы тәжірибе көрсеткендей оріс

кернеулігіне пропорционал болады.

Сонымен молекулалар электрлік қасиеттері бойынша дипольге

эквивалентгі болады. Дипольдық моментгері азды-көпті сыртқы

өріске бейімделетін диэлектрикті поляризацияланган деп атайды.

Енді конденсатор астарлары ішіндегі өріске енгізілген диэлек-

трикті қарастырайык. Мүнда, яғни диэлектрикте молекулалардағы

зарядтардың қайта орналасуымен не дипольдік молекулапардың бүры-

луымен септесіп поляризация пайда болады. Біртекті диэлектрик жа-

гдайында осы поляризация мен

септесіп диэлектриктің ішкі

қабаттарында көлемдік заттар

түзілмейді, өйткені түтасымен

алғанда молекулалар бейтарап

жэне керші молекулалардың

зарядтары бірін-бірі теңгереді

(24-сурет). Бірак диэлектриктің

сыртқы бетінде зарядтар тең-

геріле алмайды. Теріс пластина

жақтағы бетте теңгерілмеген оң

- 6'‘

+ 6'

і++ + + + + + + + + + + + + +і + г

ее еө ев ее ев ее ве е е е е е е е

24-сурет

240

трядтар, ал оң пла-стина жақтагы бетте теріс заряд-тар пайда болады.

1>ул зарядтар байлаулы немесе байланысқан зарядтар деп аталады

да, олар-ды диэлектрик беттерінде + а жэне - а бетгік тыгыздыкпен

орнапасқан деуге болады.

Осының нәтижесінде диэлектрик ішінде қосымша электр өрісі

/•-' пайда болады, оны диэлектриктің поляризациясы тудырады да,

багы-ты конденсатор астарларының арасындагы өріс Ео бағытына

карама-қарсы болады. Астарлар арасындағы өріс кернеулігі

диэлектрик жоқ кезде Ео болса, ол астарлардағы зарядтардың, ягни

сркін зарядтардың а тығыздығымен (2 0 ) ернекке сәйкес былай

байланыскан болады:

Е0=-?-(4ка). (20)’

ео

Осы сияқты диэлектрик поляризациясы тудыратын Е' байлаулы

іарядтардың а тыгыздыгымен мынадай байпаныста болады:

— (Лгга'). (65)

ео

Өрістердің суперпозиция принципі бойынша:

Е-Ёо+Е'. (66)

Байланысқан зарядтардың еркін зарядтардан, яғни электрон-

лардан айырмашылығы, олар құрамына кіретін молекуланың немесе

игомның шеғін тастап кете алмайтындығында. Қалған жағынан олар-

іың барлық қасиетгері барлық басқа зарядтардағы сияқты.