17 Поле в диэлектриках. Электрическое смещение Электрическое поле в веществе. Диполь.
Различают полярные и неполярные диэлектрики.
Дипольный
момент
определяется соотношением
,
в
котором
- величина одного из зарядов,
-
расстояние между ними. Вектор
направлен от отрицательного к
положительному заряду.
H2O,
NH3,
SO2,
CO.
В молекулах неполярных веществ в отсутствие электрического поля центры положительных и отрицательных зарядов совпадают. N2, H2, O2, CO2, CH4.
П
ри
внесении неполярной молекулы в однородное
электрическое поле центры зарядов
смещаются. Молекула поляризуется и в
результате приобретает дипольный
момент. Этот момент при небольших
напряженностях пропорционален величине
напряженности этого поля.
.
Силы создают вращающий момент:
или
,
который будет стремиться повернуть диполь так, чтобы его электрический дипольный момент был направлен по направлению внешнего электрического поля.
Диполь в неоднородном внешнем электрическом поле
(3.6)
П
од
действием этой силы диполь будет либо
втягиваться в область более сильного
поля (
),
либо выталкиваться из него (
).
Поляризация.
На поверхностях диэлектрика в этом случае "появятся" заряды обоих знаков с поверхностной плотностью +' и -' (рис. 3.5).
П
роцесс
"появления" зарядов на диэлектриках
во внешнем электрическом поле называют
поляризацией
диэлектрика.
"Появившиеся" заряды называют
связанными (поляризационными).
Различные вещества поляризуются по-разному в зависимости от их строения. Наиболее часто встречаются следующие виды поляризации диэлектриков:
а) деформационная поляризация – это поляризация диэлектриков, при которой у атомов возникает (индуцируется) дипольный момент за счет деформации электронных орбит. Наблюдается у диэлектриков, состоящих из неполярных молекул у веществ, молекулы которых имеют симметричное строение (N2, H2, O2, CO2, CH4);
б) ориентационная, или дипольная поляризация, которая заключается в ориентации имеющихся дипольных моментов молекул по направлению электрического поля. Естественно, что тепловое движение препятствует полной ориентации молекул, но в результате совместного действия обоих факторов (электрического поля и теплового движения) возникает преимущественная ориентация дипольных моментов по полю. Ориентация тем сильнее, чем больше напряженность электрического поля и ниже температура. Она характерна для диэлектриков, состоящих из полярных молекул веществ, молекулы которых имеют асимметричное строение, т. е. центры "тяжести" положительных и отрицательных зарядов не совпадают. К таким веществам, например, относятся H2O, NH3, SO2, CO;
диэлектриков, состоящих из полярных молекул веществ, молекулы которых имеют асимметричное строение, т. е. центры "тяжести" положительных и отрицательных зарядов не совпадают. К таким веществам, например, относятся H2O, NH3, SO2, CO;
в) ионная поляризация, которая заключается в смещении подрешетки положительных ионов вдоль поля, а отрицательных ионов - против поля. Смещение подрешеток приводит к возникновению дипольных моментов и появлению на поверхности диэлектрика связанных зарядов. Наблюдается у диэлектриков, имеющих ионную кристаллическую решетку (например, у таких веществ, как NaCl, KCl, KBr).