Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лаб.15-1..DOC
Скачиваний:
1
Добавлен:
03.05.2019
Размер:
262.66 Кб
Скачать

19

Лабораторная работа 15-1

ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРОВ

1. Типы диэлектриков. Поляризация диэлектриков.

Все вещества по электрическим свойствам условно делятся на три группы – проводники, диэлектрики и полупроводники.Диэлектрики отличаются от других веществ прочными связями электрических положительных и отрицательных зарядов, входящих в их состав. Вследствие этого электроны и ионы не могут свободно перемещаться под влиянием приложенной разности потенциалов. К диэлектрикам относятся все газы, многие жидкости, кристаллические, стеклообразные, керамические, полимерные вещества. П олное электрическое поле E в диэлектрике складывается из внешнего поля E0 и внутреннего поля E1 создаваемого заряженными частицами вещества. Диэлектрик состоит из атомов и молекул. Положительный заряд всех ядер молекулы равен суммарному заряду всех электронов и молекула в целом электрически нейтральна. Если в отсутствии внешнего электрического поля центры тяжести всех (и положительных и отрицательных) зарядов совпадают, и у молекулы нет дипольного момента, то такие диэлектрики называются неполярными. Под действием внешнего поля заряды неполярных молекул смещаются в противоположные стороны, и молекула приобретает дипольный момент.

Рис. 1. Поляризация неполярного диэлектрика.

Молекулы других веществ обладают дипольным моментом и в отсутствии внешнего электрического поля (полярные молекулы). Но из-за теплового движения дипольные моменты отдельных молекул ориентированы хаотично, их результирующий момент равен нулю.

Рис. 2. Ориентационный механизм поляризации полярного диэлектрика.

Третьей группой диэлектриков являются ионные кристаллы, представляющие собой пространственные решетки с чередованием ионов разных знаков. В результате такого перераспределения на поверхности диэлектрического образца появляются избыточные не скомпенсированные связанные заряды. Все заряженные частицы, образующие макроскопические связанные заряды, по-прежнему входят в состав своих атомов. Связанные заряды создают электрическое поле E1 которое внутри диэлектрика направлено противоположно вектору напряженности E0 внешнего поля. Этот процесс называется поляризацией диэлектрика. В результате полное электрическое поле E = E0 + E1 внутри диэлектрика оказывается меньше внешнего поля E0. Физическая величина, равная отношению модуля напряженности E0 внешнего электрического поля в вакууме к модулю напряженности E полного поля в однородном диэлектрике, называется диэлектрической проницаемостью вещества.

.ε = E0/E.

Основными механизмами поляризации диэлектриков являются ориентационная и электронная. Ориентационная или дипольная поляризация возникает в случае полярных диэлектриков, состоящих из молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов не совпадают. Такие молекулы представляют собой микроскопические электрические диполи. При отсутствии внешнего электрического поля оси молекулярных диполей ориентированы хаотично из-за теплового движения, так что на поверхности диэлектрика и в любом элементе объема электрический заряд в среднем равен нулю. При внесении диэлектрика во внешнее поле E0 возникает частичная ориентация молекулярных диполей. В результате на поверхности диэлектрика появляются не скомпенсированные макроскопические связанные заряды, создающие поле E1 направленное навстречу внешнему полю E0.

Электронный или упругий механизм проявляется при поляризации неполярных диэлектриков, молекулы которых не обладают в отсутствие внешнего поля дипольным моментом. Под действием электрического поля молекулы неполярных диэлектриков деформируются – положительные заряды смещаются в направлении вектора E0 а отрицательные – в противоположном направлении и каждая молекула превращается в электрический диполь, ось которого направлена вдоль внешнего поля. На поверхности диэлектрика появляются не скомпенсированные связанные заряды, создающие свое поле E1 направленное навстречу внешнему полю E0. Так происходит поляризация неполярного диэлектрика. Электрическое поле E1 связанных зарядов, возникающее при поляризации полярных и неполярных диэлектриков, изменяется по модулю прямо пропорционально модулю внешнего поля E0. У многих неполярных молекул при поляризации деформируются электронные оболочки, поэтому этот механизм получил название электронной поляризации. В твердых кристаллических диэлектриков наблюдается ионная поляризация, при которой ионы разных знаков, составляющие кристаллическую решетку, при наложении внешнего поля смещаются в противоположных направлениях, вследствие чего на гранях кристалла появляются связанные (не скомпенсированные) заряды. Примером может служить поляризация кристалла NaCl, в котором ионы Na+ и Cl составляют две подрешетки, вложенные друг в друга. В отсутствие внешнего поля каждая элементарная ячейка кристалла NaCl электро нейтральна и не обладает дипольным моментом. Во внешнем электрическом поле обе подрешетки смещаются в противоположных направлениях, т.е. кристалл поляризуется.

Если в однородном диэлектрике с диэлектрической проницаемостью ε находится точечный заряд Q, то напряженность поля E создаваемого этим зарядом в некоторой точке, и потенциал φ в ε раз меньше, чем в вакууме: E = (1/4πε0) (Qr3), φ = (1/4πε0) (Qr).

Во внешнем электрическом поле в диэлектриках возникает дипольный момент, т.е. происходит поляризация диэлектрика — ориентация диполей или появление новых ориентированных диполей. Различают 3 вида поляризации:

1) электронная поляризация диэлектрика из неполярных молекул, заключающаяся в возникновении у атомов индуцированного дипольного момента за счет деформации электронных орбит;

2) ориентационная поляризация диэлектрика с полярными молекулами, заключающаяся в ориентации дипольных моментов молекул по внешнему полю;

3) ионная поляризация диэлектриков, заключающаяся в смещении подрешетки положительных ионов вдоль поля, а отрицательных — против поля.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]