9 поляр и неполяр молекулы. Вектор поляризованности . Поляризация диэлектриков . Диэлектрическая восприимчивость вещества

В зависимости от структуры молекул различ.

два типа диэлектриков поляр. и неполяр.

неполяр. полярные

O₂ , H₂ , CO ... HC ,...,CO₂

Симметрич. Не симметри-

структура ма- чная структу-

лекул. ра.

Без внеш. поля.

(Е₀=0)

В О центры Центры тяж.

тяж. (+) и (-) не совпадают

совпадают.

_ _

P_i=0 P_i0

P_i=0 P_i=0

^{i i}

В силу хао-

тич. движ.

диполей.

У неполяр.

диэл. в отсу-

тств. внеш. по-

ля малекулы не

имеют собств.

эл.моментов.

(диполей нет)

Во внеш. поле

_

P_i0

Ориентация

_ диполи по

P_i0 внеш. пол. Е₀

P_i0 P_i0

^{i i}

^диполи

Поляризация в завис. от вида

механизма назв.

Д иформацион- Ориентаци-

ная (электрон- онная поля-

ная). ризация.

Явл. поляризации описывается с помощью важной характеристики поляризованностью или вектора поляризации P.

Поляризованностью диэлектрика назв. физ. вел.численно равную суммарному электрическому (дипольному) моменту молекул заключенных в единице объема.

_

1) P=P_i/V в числителе суммарный момент всего образца , V - объем всего образца. В Си[P]=Кл/м²

ⁱ

Поляризация диэлектрика. Для однородного изотропного диэлектрика вектор поляризации пропорционален вектору напряженности внешнего поля: , где - диэлектрическая восприимчивость. Другое выражение: , где - дипольный момент i-ой молекулы в этом объеме.

Диэлектри́ческая восприи́мчивость (или поляризу́емость) вещества — физическая величина, мера способности вещества поляризоваться под действием электрического поля. Диэлектрическая восприимчивость χ_e — коэффициент линейной связи между поляризацией диэлектрика P и внешнимэлектрическим полем E в достаточно малых полях: В системе СИ:

где ε₀ — электрическая постоянная; произведение ε₀χ_e называется в системе СИ абсолютной диэлектрической восприимчивостью.

10 Электрическое поле в диэлектриках . Сторонние и связанные заряды поверхностная плотность связанных зарядов диэлектрическая проницаемость вещества

Электрическое поле в диэлектрике. Рассмотрим плоский однородный диэлектрический слой, расположенный между двумя разноименно заряженными плоскостями (рис. 2.5). Пусть напряженность электрического поля, которое создается этими плоскостями в вакууме, равна  , где   - поверхностная плотность зарядов на пластинах (эти заряды называют свободными). Под действием поля диэлектрик поляризуется, и на его гранях появляются поляризационные или связанные заряды. Эти заряды создают в диэлектрике электрическое поле  , которое направлено против внешнего поля  . ,где   - поверхностная плотность связанных зарядов. Результирующее поле внутри диэлектрика .Поверхностная плотность связанных зарядов   меньше плотности   свободных зарядов, и не все поле E₀ компенсируется полем диэлектрика: часть линий напряженности проходит сквозь диэлектрик, другая часть обрывается на связанных зарядах (рис. 2.5). Вне диэлектрика  . Следовательно, в результате поляризации поле внутри диэлектрика оказывается слабее, чем внешнее  . Таким образом, ,где   - диэлектрическая проницаемость среды. Из формулы видно, что диэлектрическая проницаемость показывает, во сколько раз напряженность поля в вакууме больше напряженности поля в диэлектрике. Для вакуума  , для диэлектриков  .

Связанными называются заряды, входящие состав молекул диэлектриков (изоляторов), которые под действием внешнего электрического поля могут лишь смещаться в пределах молекулы относительно положения равновесия, но покинуть молекулу не могут.

Сторонним называются заряды, находящиеся на диэлектрике, но не входящие в состав его молекул, а также заряды вне диэлектрика.

Связанные заряды. В результате процесса поляризации в объеме (или на поверхности) диэлектрика возникают нескомпенсированные заряды, которые называются поляризационными, или связанными. Частицы, обладающие этими зарядами, входят в состав молекул и под действием внешнего электрического поля смещаются из своих положений равновесия, не покидая молекулы, в состав которой они входят. Связанные заряды характеризуют поверхностной плотностью  . Выделим в поляризованном диэлектрике наклонную призму с основанием S и ребром L, параллельным вектору поляризации P (рис. 2.4). В результате поляризации на одном из оснований призмы появятся отрицательные заряды с поверхностной плотностью  , а на другой положительные заряды с плотностью  .С макроскопической точки зрения, рассматриваемый объем эквивалентен диполю, образованному зарядами   и  , которые отстоят друг от друга на расстояние L, тогда электрический момент призмы равен  .С другой стороны, электрический момент единицы объема равен  , где  - угол, между направлением нормали к основанию призмы и вектором P. Произведение   есть объем призмы. Приравняв друг к другу оба выражения для электрического момента, получаем, что поверхностная плотность связанных зарядов равна нормальной составляющей вектора поляризации: ,где n - единичный вектор нормали к поверхности диэлектрика. Если вектор поляризации P различен в разных точках объема диэлектрика, то в диэлектрике возникают объемные поляризационные заряды, объемная плотность которых  .

Безразмерная величина =1+ называется диэлектрической проницаемо­стью вещества.  показывает, во сколько раз поле ослабляется диэлектриком, характе­ризуя количественно свойство диэлект­рика поляризоваться в электрическом поле.