VIII.Виды диэлектриков.

Диэлектриками называются вещества, не проводящие электрического тока. В них отсутствуют свободные электрические заряды.

По аналогии как и для диполя для характеристики электрических свойств диэлектриков вводят понятиеэлектрического дипольного момента молекул:

,

где q – суммарная величина положительных (отрицательных) зарядов молекулы;

ℓ – расстояние между центрами тяжести «+» и «–» зарядов.

Диэлектрики по электрическим свойствам своих молекул делятся на:

ПОЛЯРНЫЕ

НЕПОЛЯРНЫЕ

Молекулы полярных диэлектриков (вода, аммиак, соляная кислота) имеют постоянный дипольный момент: p = qℓ = const В этом случае «центры тяжести» положительных и отрицательных зарядов молекулы не совпадают друг с другом и молекула представляет собой жесткий диполь даже в отсутствие поля. P ≈ 10-29 Кл·м При отсутствие внешнего поля (Е = 0) диполи ориентируются хаотично и средний дипольный момент единицы объема равен нулю. При помещении диэлектрика в поле на жесткий диполь действует вращательный момент возникающей пары сил: (см. рис.)

В молекулах неполярных диэлектриков (азот, водород, кислород) центры тяжести положительных и отрицательных зарядов совпадают в отсутствии внешнего поля и дипольный момент равен нулю, т.к. ℓ = 0. При Е  0 происходит деформация молекул и возникает индуцированный дипольный момент молекулы:  = 0·, где  – поляризуемость атома или молекулы;  – диэлектрическая постоянная. Здесь разговор об упругих (жестких) диполях.

IX.Диэлектрики во внешнем электрическом поле.

Наведение электрического момента диэлектрика при внесении его во внешнее электрическое поле, называется поляризацией диэлектрика.

Виды поляризации:

а) ориентационная (поворот осей жестких диполей);

б) электронная (смещение центра отрицательного заряда относительно центра положительного);

в) ионная (смещение «+» и «–» ионов по и против поля).

Мерой поляризации диэлектрика является вектор поляризации . Это векторная сумма дипольных моментов молекул (атомов), находящихся в единице объема:

Направление совпадает с .

Для однородного диэлектрика с неполярными молекулами, находящемся в однородном поле:

,

где – индуцированный момент одной молекулы;

n₀ – число молекул в единице объема.

Учитывая, что

где æ = n₀α– диэлектрическая воспринимаемость вещества (характеризует поляризуемость единицы объёма).

При помещении диэлектрика во внешнее электрическое поле, с напряженностью происходит поляризация диэлектрика.

Поле диэлектрика можно рассчитать как поле, созданное двумя плоскими гранями диэлектрика с поверхностной плотностью ±σ (связанные заряды): Исходя из рисунка, имеем результирующую напряженность поля в диэлектрике :

Уменьшение напряженности внешнего поля характеризуется величиной: диэлектрическая проницаемость диэлектрика ε_:

X.Виды диэлектриков.

а) сегнетоэлектрики (сегнетова соль – двойная натриево-калийная соль винокаменной кислоты).

титанат бария

У сегнетоэлектриков – доменная структура.

б) пьезоэлектрики (полярные – жесткие диполи)

При растяжении или сжатии кристалла, составляющие его молекулы диполи поворачиваются и изменяют поляризацию кристалла. При этом на противоположных гранях кристалла появляются связанные заряды, создающие электрическое поле и разность потенциалов. При переходе от растяжения к сжатию знак поляризации меняется на обратный.

в) электрострикция:

В кристаллах, обладающих пьезоэлектрическими свойствами, наблюдается обратное явление, когда под действием внешнего поля изменяются размеры тел. Это явление называется электрострикцией. Пример: кварц и др.

г) пироэлектрики: анизотропная поляризация.

Зависимость естественной поляризации от температуры называется пироэлектричеством.