Електричне поле в діелектриках.

Діелектрик – це речовина, в якій всі електрони зв’язані. Якщо діелектрик внести в плоске зовнішнє поле, то відбуваються певні зміни, і ці зміни ми називаємо поляризацією. Поведінку будь-якої молекули діелектрика можна розглядати з точки зору диполів.

Диполь в електричному полі.

Диполем називають два заряди протилежних знаків, які електростатично взаємодіють між собою і знаходяться на певній відстані один відносно одного.

Fig 24

Властивості диполя характеризує величина– дипольний момент.

Неоднорідне поле зорієнтує диполь вздовж силових ліній, а після цього буде втягувати диполь всередину поля.

Молекули діелектрика можуть бути полярні і неполярні. Можливі випадки, коли молекули можуть ще до внесення в електричне поле являти собою диполі (наприклад NaCl). При внесенні в зовнішнє поле полярні молекули ведуть себе як жорсткий диполь; неполярні молекули при внесенні в зовнішнє поле, робляться пружнім диполем. Приклад неполярних молекул: молекули води, азоту, водню, кисню.

При внесенні в поле діелектрика проходять наступні явища: поле орієнтує полярні молекули, цій орієнтації протидіє тепловий рух молекул, тому чим вища температура тим слабша орієнтація молекул. Поле перетворює в диполі молекули неполярного діелектрика.

Fig 25

Тобто на поверхні внесеного діелектрика виникають та звані зв’язані заряди з поверхневою густиною . Таким чином, якщо поле створюється вільними зарядами , то зв’язані заряди створюють зворотні поля ,тобто в діелектрику виникає поле

Для розрахунку можна використати наступні думки:

Під дією електричного поля речовина набуває якогось дипольного моменту, який називається вектором поляризації і , де n-концентрація елементарних диполів, -елементарні дипольні моменти, -дипольний момент одиниці об’єму. Можна показати, що і æ

, а по величині (нормальна складова вектора поляризації рівна поверхневій густині зв’язаного заряду).

Тоді æ)^-1

тут æ-електрична сприятливість, тобто .

æ - відносна діелектрична проникність діелектрика, і вона показує в скільки разів електричне поле діелектрика має напруженість меншу, ніж напруженість поля у вакуумі.

Властивість æ:

1) æ не залежить від температури для речовин, молекули яких неполярні.

2)æ(закон Кюрі) для речовин, молекули яких полярні.

Fig 26

Сегнетоелектрики.

Є ряд речовин, які мають дуже велике значення відносної діелектричної проникливості (порядку 10³). Завдяки цьому у них спостерігається дуже цікава картина поляризації (в них наявний гістерезис поляризації).

æ. В сегнетоелектрика æ= æf(E).

Fig 27

1. Якщо поляризувати сегнетоелектрик, то виникає петля гістерезису представлена на рисунку 21. Тут - коерцитивна сила.

2. Для будь-якого сегнетоелектрика існує температура, вище якої він перетворюється в звичайний діелектрик (температура Кюрі).

æ → Мæ – закон Кюрі-Вейса

Fig 28

3. Сегнетова сіль має дві точки Т_к (дві температури Кюрі).

Дані властивості сегнетоелектрика можна пояснити наступним чином: ще до внесення в зовнішнє електричне поле, всередині діелектрика існують поляризовані ділянки. Ці ділянки, які називають доменами (з розмірами порядку 10^-3см), поляризовані до насичення; і коли діелектрик вноситься в поле, то ділянки з протилежним напрямком поляризації зменшуються, а потім зникають і виникає така картина:

Fig 29

Існування температури Кюрі () пояснюють так: при домени руйнуються і сегнетоелектрик стає звичайним діелектриком.

Крім сегнетової солі до сегнетоелектриків відносять кварц SiO₂ та титанат барію BaTiO₃.