Физика (Электричество)_ЛЕКЦИИ И ВОПРОСЫ / OF4_5_Диэлектрики_mini

4.5.Диэлектрики

4.5.1.Дипольный момент молекулы

4.5.2.Неполярные и полярные молекулы

4.5.3.Вектор электрической поляризации неполярного диэлектрика

4.5.4.Диэлектрические восприимчивость и проницаемость вещества

4.5.5.Поляризация полярных диэлектриков во внешнем электростатическом поле

4.5.6.Электростатическое поле на границе двух диэлектриков

4.5.7.Кристаллические диэлектрики. Изотропный и анизотропный кристаллические диэлектрики

4.5.8.Сегнетоэлектрики

4.5.9.Пьезоэлектрики

4.5.10.Пироэлектрики

4.5.11.Электреты, термоэлектреты, фотоэлектреты

4.5.1. Дипольный моментнт молекулы

Диэлектрик – вещество, в котором затруднено перемещение зарядов по его объёму, или, другими словами, вещество, плохо проводящее электрический ток.

Дипольный момент молекулы µ характеризует электрические свойства молекулы:

μ ≡ ∑qi ri

i

4.5.2. Неполярные и полярныерные молекулы

Если «центры тяжести» положительных и отрицательных зарядов совпадают, то дипольный момент µ такой системы равняется нулю. Такие молекулы называют неполярными.

Примеры неполярных молекул:

Водород H2, азот N2, кислород O2, четырёххлористый углерод CCl4, CH4, BF3, CO2.

Неполярные диэлектрики – вещества, молекулы которых в отсутствие внешнего электростатического поля не имеют электрического дипольного момента.

Полярные молекулы

(Polar molecules)

Молекулы, обладающие дипольным моментом µ в отсутствие внешнего электростатического поля, называют полярными. Постоянный дипольный момент µ у них имеет порядок 10–29 ÷10 –30 Кл·м, что соответствует диполю, состоящему из двух противоположных зарядов в 1,6·10–19 Кл, расположенных на расстоянии 10–10 м друг от друга.

Примеры полярных молекул:

Окись углерода CO (0,40·10–30 Кл·м), бромистый водород

HBr (2,6·10–30 Кл·м), хлористый водород HCl (3,4·10–30 Кл·м), этиловый эфир (C2H5)2O (3,8·10–30 Кл·м), вода H2O (6,2·10–30 Кл·м), NH3.

Полярные диэлектрики – вещества, молекулы которых в отсутствие внешнего электростатического поля обладают определённым электрическим дипольным моментом.

4.5.3. Вектор электрическойой поляризации неполярного диэлектрикаектрика

Способность диэлектриков поляризоваться – одно из их фундаментальных свойств. Под поляризацией здесь имеется в виду процесс, связанный с созданием в диэлектрике под действием электрического поля преимущественного направления индуцированных и собственных электрических диполей.

Электрическая поляризация может появиться в результате упорядоченного расположения заряженных частиц противоположных знаков. Наиболее простой случай упорядоченного расположения зарядов – электрический диполь. В структуре некоторых диэлектриков такие электрические диполи действительно имеются, и если они ориентированы в одном направлении – кристалл будет

спонтанно поляризованным.

Связанные заряды спонтанной поляризации при этом создают собственное электростатическое поле вне диэлектрика.

Спонтанная поляризация

(Spontaneous polarization)

Спонтанная поляризация

(Spontaneous polarization)

Известны два типа кристаллических диэлектриков, обладающих спонтанной поляризацией: пироэлектрики и сегнетоэлектрики. В пироэлектриках электрические диполи всех элементарных ячеек кристалла ориентированы в одном направлении, а в сегнетоэлектриках поляризации подвержены целые области (домены) со спонтанной поляризацией.

Электрический диполь

(Electric dipole)

Электрическим диполем называют систему, образованную двумя равными точечными зарядами противоположных знаков, жёстко связанными между собой и отстоящими друг от друга на расстоянии l, значительно меньшем, чем расстояние R до точки, в которой измеряется электростатическое поле.

Отрезок прямой, проходящей через заряды, называют осью диполя l.

Поляризуемость

(Polarizability)

Поляризуемость атомов, ионов и молекул – способность этих частиц приобретать электрический дипольный момент в электрическом поле.

Атомная поляризуемость молекул обусловлена смещением в электрическом поле атомов разного типа в молекуле (что связано с индуцированным полем несимметричным распределением в молекуле электронной плотности).

Поляризация диэлектриков происходит в результате смещения связанных зарядов. Здесь мы имеем в виду обратимое смещение

– заряженные частицы атомов и молекул, как в поле, так и после его снятия продолжают принадлежать тем же самым атомам и молекулам. Такое смещение зарядов называется

упругим.

Поляризуемость

(Polarizability)

Во внешнем электростатическом поле E0 молекулы неполярного диэлектрика поляризуются, т. е. в них нарушается симметрия взаимного расположения зарядов электронных облаков и ядер, и появляется индуцированный электрический момент, модуль которого при небольших электростатических полях E0 равен: