Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


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. В диэлектриках всегда имеется некоторое количество слабо связанных зарядов, способных перемещаться внутри вещества на большие расстояния, т.е. диэлектрики не являются абсолютными непроводниками электрического тока.

Обычно к диэлектрикам относятся вещества, имеющие удельную электрическую проводимость не больше 10-7 – 10-8 См/м, проводникам – имеющие проводимость больше 107 См/м. К диэлектрикам относятся все газы (включая пары металлов), многие жидкости, кристаллические, стеклообразные, керамические, полимерные вещества. Поскольку свойства вещества сильно зависят от его агрегатного состояния, обычно рассматривают отдельно физические явления в газообразных, жидких и твёрдых диэлектриках.


Вещество, внесенное в электрическое поле, может существенно изменить его. Это связано с тем, что вещество состоит из заряженных частиц. В отсутствие внешнего поля частицы распределяются внутри вещества так, что создаваемое ими электрическое поле равно нулю. При наличии внешнего поля происходит перераспределение заряженных частиц, и в веществе возникает собственное электрическое поле. Полное электрическое поле E складывается из внешнего поля E0 и внутреннего поля E1 создаваемого заряженными частицами вещества.

Рис. 17. Электростатическая индукция.

Первую группу диэлектриков (N2, Н2, О2, СО2, СН4, ...) составляют вещества, молекулы которых имеют симметричное строение, т. е. центры «тяжести» положитель­ных и отрицательных зарядов в отсутствие внешнего электрического поля совпадают и, следовательно, дипольный момент молекулы р равен нулю. Молекулы таких диэлект­риков называются неполярными. Под действием внешнего электрического поля заряды неполярных молекул смещаются в противоположные стороны (положительные по полю, отрицательные против поля) и молекула приобретает дипольный момент.

Вторую группу диэлектриков (H2O, NН3, SO2, CO,...) составляют вещества, молеку­лы которых имеют асимметричное строение, т. е. центры «тяжести» положительных и отрицательных зарядов не совпадают. Таким образом, эти молекулы в отсутствие внешнего электрического поля обладают дипольным моментом. Молекулы таких диэлектриков называются полярными. При отсутствии внешнего поля, однако, дипольные моменты полярных молекул вследствие теплового движения ориентированы в про­странстве хаотично и их результирующий момент равен нулю. Если такой диэлектрик поместить во внешнее поле, то силы этого поля будут стремиться повернуть диполи вдоль поля и возникает отличный от нуля результирующий момент.

Третью группу диэлектриков (NaCl, KCl, КВr, ...) составляют вещества, молекулы которых имеют ионное строение. Ионные кристаллы представляют собой простра­нственные решетки с правильным чередованием ионов разных знаков. В этих кри­сталлах нельзя выделить отдельные молекулы, а рассматривать их можно как систему двух вдвинутых одна в другую ионных подрешеток. При наложении на ионный кристалл электрического поля происходит некоторая деформация кристаллической решетки или относительное смещение подрешеток, приводящее к возни­кновению дипольных моментов.

Таким образом, внесение всех трех групп диэлектриков во внешнее электрическое поле приводит к возникновению отличного от нуля результирующего электрического момента диэлектрика, или, иными словами, к поляризации диэлектрика. Поляризацией диэлектрика называется процесс ориентации диполей или появления под воздействием внешнего электрического поля ориентированных по полю диполей.

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.

Рис. 18. Поляризация неполярного диэлектрика.

Под действием внешнего поля заряды неполярных молекул смещаются в противоположные стороны, и молекула приобретает дипольный момент. 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. 19. 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 (4.1.)

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. (4.2.)

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. В результате 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.

В случае полярных диэлектриков в сильных полях может наблюдаться эффект насыщения, когда все молекулярные диполи выстраиваются вдоль силовых линий. У многих неполярных молекул при поляризации деформируются электронные оболочки, поэтому этот механизм получил название электронной поляризации. В случае твердых кристаллических диэлектриков наблюдается так называемая, 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 такого механизма 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 = (1/4π ε 0) (Q/ε r3), (4.3.)

φ = (1/4π ε 0) (Q/ε r). (4.4.)

Во внешнем электрическом поле во всех типах диэлектриков возникает дипольный момент, т.е. происходит поляризация диэлектрика — ориентация диполей или появление новых ориентированных диполей. Различают три 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.

ПОЛЯРИЗОВАННОСТЬ.


Поделиться:



Популярное:

  1. VI. ЩЕЛЕВЫЕ И СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТИПЫ АНТЕНН
  2. Аппараты для массового культивирования клеток. Типы, режимы работы и возможности использования для культивирования клеток.
  3. Архетипы Таро. Психологический практикум
  4. Архетипы – это не боги, с которыми можно торговаться, от которых можно что-то получить, а силы, на которые мы не влияем, но которые влияют на нас и безмерно превосходят нас.
  5. Биполярное аффективное расстройство. Рекуррентное депрессивное расстройство. Этиология, клиника, диагностика, типы течения.
  6. В каких случаях следует использовать типы short и long
  7. В системном блоке ПК обычно устанавливаются следующие типы накопителей.
  8. ВАЛЕНТНОСТЬ. ТИПЫ ВАЛЕНТНОСТЕЙ
  9. Виды и типы правовой культуры
  10. ВОЗНИКНОВЕНИЕ ФИЛОСОФИИ И ЕЕ КУЛЬТУРНО-ИСТОРИЧЕСКИЕ ТИПЫ
  11. ВОПРОС-86 Микроклимат, показатели естественной и искусственной освещенности, типы инсоляционного режима, источники загрязнения воздуха больничных помещений. Способы санации воздуха.
  12. Восприятие, его виды и типы.


Последнее изменение этой страницы: 2017-03-11; Просмотров: 1241; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.021 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь