2.10 Диэлектрики. Полярные и неполярные молекулы. Дипольные моменты молекул диэлектриков.

Все вещества по электропроводности разделяются на проводники и диэлектрики. Промежуточное положение между ними занимают полупроводники.

Проводниками называют вещества, в которых имеются свободные носители зарядов, способные перемещаться под действием электрического поля. Примерами проводников являются металлы, растворы или расплавы солей, кислот, щелочей.

Диэлекриками или изоляторами называются вещества, в которых нет свободных носителей зарядов и которые, следовательно, не проводят электрический ток. Это будут идеальные диэлектрики. В действительности диэлектрики проводят электрический ток, но очень слабо,их проводимость в 1015 -1020 раз меньше, чем у проводников. Это обусловлено тем,что в обычных условиях заряды в диэлектриках связаны в устойчивые молекулы и не могут, как в проводниках, легко отрываться и становиться свободными. Молекулы диэлектрика электронейтральны: суммарный заряд электронов и атомных ядер, входящих в состав молекулы, равен нулю. В первом приближении молекулу можно рассматривать как диполь с электрическим моментом ; здесь q - заряд ядра молекулы, -вектор, проведенный из "центра тяжести" электронов в "центр тяжести" положительных зарядов атомных ядер (в 1.5 - называли плечом диполя).

Различают два основных типа диэлектриков: полярный и неполярный.

Диэлектрик называют неполярным, если в его молекулах в отсутствие внешнего электрического поля центры тяжести отрицательных и положительных зарядов совпадают, например, Для них дипольный момент , т. к. . И, следовательно, суммарный дипольный момент неполярного диэлектрика .

В молекулах полярных диэлектриков ( , спирты, НС1...) центры тяжести зарядов разных знаков сдвинуты друг относительно друга. В этом случае молекулы обладают собственным дипольным моментом . Но эти дипольные моменты в отсутствие внешнего электрического поля из-за теплового движения молекул ориентированы хаотически и суммарный дипольный момент такого диэлектрика равен нулю, т. е.

2.11 Поляризация диэлектриков. Свободные и связанные заряды.

Поляризация диэлектриков – процесс ориентации диполей или появление под воздействием электрического поля ориентированных по полю диполей. Три вида поляризации. Электронная или деформационная поляризация, поляризация диэлектрика с неполярными молекулами, заключающаяся в возникновении у атомов индуцированного дипольного момента за счет деформации электронных орбит. Ориентационная или дипольная, поляризация диэлектрика с полярными молекулами, заключающаяся в ориентации имеющихся дипольных молекул по полю. Эта ориентация тем сильнее, чем больше напряженность электрического поля и ниже температура. Ионная поляризация диэлектриков с ионными кристаллическими решетками, заключающаяся в смещении подрешетки положительных ионов вдоль поля, а отрицательных – против поля, приводящих к возникновению дипольных моментов. Диэлектрики с неполярными молекулами – молекулы, имеющие симметричное строение, т.е. центры «тяжести» положительных и отрицательных зарядов в отсутствии внешнего электрического поля совпадают и, следовательно, дипольный момент молекулы равен нулю. Диэлектрики с полярными молекулами- молекулы, которые в отсутствии внешнего электрического поля обладают дипольным моментом. При отсутствии внешнего поля дипольные моменты полярных молекул вследствие теплового движения ориентированны в пространстве хаотично и их результирующий момент равен нулю. Свободные и связанные заряды. Связанными зарядами называются заряды, которые входят в состав атомов и молекул, а так же заряды ионов в кристаллических диэлектриках с ионной решеткой. Свободными зарядами являются: 1) заряды носителей тока в проводящих средах: электроны проводимости в металлах и полупроводниках. 2) избыточные заряды, сообщенные телу и нарушающие его электрическую нейтральность.