29. Диэлектрики. Типы диэлектриков. Поляризация диэлектрика. Поляризованность. Диэлектрическая проницаемость.

Ответ. Диэлектрики – вещества, которые при обычных условиях практически не проводят электрический ток. Как и всякое вещество, диэлектрик состоит из молекул (атомов). Все молекулы диэлектрика электрически нейтральны: суммарный заряд электронов и атомных ядер, входящих в состав молекулы, равен нулю. Однако молекулы обладают электрическими свойствами. Различают три типа диэлектриков: 1. Неполярные диэлектрики – диэлектрики с неполярными молекулами – это такие диэлектрики, в молекулах которых в отсутствие внешнего электрического поля «центры тяжести» положительных и отрицательных зарядов совпадают (𝑙= 0) и, следовательно, дипольные моменты молекул равны нулю. Таковы, например, молекулы Н2, O2, N2 и др. 2. Полярные диэлектрики – диэлектрики с полярными молекулами – это диэлектрики, молекулы (атомы) которых имеют электроны, расположенные несимметрично относительно атомных ядер, и поэтому они обладают дипольным электрическим моментом. Например, молекулы Н2О, спиртов, NH3 и т.д. Если полярный диэлектрик не находится во внешнем электрическом поле, то в результате теплового движения молекул векторы их дипольных электрических моментов ориентированы беспорядочно. Следовательно, сумма дипольных моментов всех молекул, содержащихся в любом физически бесконечно малом объеме диэлектрика, равна нулю. 3. Ионные диэлектрики – это диэлектрики, имеющие ионную кристаллическую решетку и представляющие собой пространственные решетки с правильным чередованием ионов разных знаков. Например, молекулы KCl. Поляризацией диэлектрика называется процесс, в результате которого физический объект (атом, молекула, твердое тело и др.) приобретает электрический дипольный момент. Соответственно различают три вида поляризации диэлектриков: 1. Электронная, или деформационная поляризация диэлектрика с неполярными молекулами. Во внешнем электрическом поле электронные оболочки атомов и молекул деформируются: положительные заряды смещаются по полю, отрицательные заряды – против поля. Поэтому неполярная молекула приобретает индуцированный (наведенный) дипольный электрический момент, пропорциональный напряженности внешнего поля E r. Неполярная молекула подобна упругому диполю, длина плеча которого пропорциональна напряженности внешнего электрического поля. 2. Ориентационная, или дипольная поляризация диэлектрика с полярными молекулами – ориентация имеющихся дипольных моментов молекул по полю. Во внешнем электрическом поле полярная молекула деформируется. Однако в первом приближении этой деформацией можно пренебречь. Можно считать, что полярная молекула по своим электрическим свойствам подобна жесткому диполю, модуль электрического момента которого постоянен. 3. Ионная поляризация диэлектрика с ионными кристаллическими решетками – смещение подрешетки положительных ионов вдоль поля, а отрицательных ионов против поля приводит к возникновению дипольных моментов. Таким образом, во внешнем электрическом поле диэлектрики поляризуются, т.е. сами становятся источниками электрического поля. Количественной характеристикой интенсивности поляризации служит поляризованность ‒ величина, равная дипольному моменту единицы объема поляризованного диэлектрика. Где 𝑝 𝑖 = 𝑞𝑙, 𝑖 ‒ электрический момент i- й молекулы; n ‒ общее число молекул в объеме ∆𝑉. Единица поляризованности в СИ ‒ Кл/м2. В случае изотропных диэлектриков (за исключением сегнетоэлектриков и некоторых ионных кристаллов), чьи свойства не зависят от направления, поляризованность линейно зависит от напряженности результирующего поля: 𝑃⃗ = 𝜒𝜀0𝐸⃗. Где 𝜒 ‒ диэлектрическая восприимчивость вещества – безразмерная величина, характеризующая свойства диэлектрика. Поляризационные заряды диэлектриков создают свое поле Е⃗′, противоположное внешнему Е0⃗ . Результирующее поле при этом Е⃗ = Е0⃗+ Е⃗′. Напряженность результирующего поля внутри диэлектрика равна Е = Е0/1+𝜒 = Е0/𝜀; 𝜀 = 1 + 𝜒 = Е0/Е, ε ‒ диэлектрическая проницаемость среды. Она характеризует способность диэлектрика поляризоваться в электрическом поле и показывает, во сколько раз поле ослабляется диэлектриком.