Диэлектрики. Строение диэлектриков. Электрический диполь. Виды поляризации диэлектриков.

Электрические свойства тел зависят от их внутреннего строения. Те вещества, в которых при обычных условиях имеется достаточно много «свободных» носителей заряда, называются проводниками электричества. В диэлектриках при обычных условиях «свободные» заряды отсутствуют. Диэлектрик состоит из атомов и молекул. Пусть сумма положительных зарядов ядер молекулы + Q. Заряд находится в некоторой точке – «центре тяжести » положительных зарядов. Аналогичная точка будет и для Q (суммарного заряда электронов).тогда молекулу можно рассматривать как диполь. Совокупность равных по величине, но противоположных по знаку двух точечных зарядов -q и +q, сдвинутых друг

относительно друга на расстояние , называется диполем. Вектор 1 Дебай [Д] 1Д=3, 34*10^-30Кл называется дипольным моментом, где - радиус-вектор, проведенный от отрицательного заряда к положительному (рис.11.1).

Рис. 11.1   Рис. 11.2

Если диполь находится в однородном поле, то (рис.11.2) силы, действующие на его заряды, равны и противоположны. Они образуют пару сил с моментом или в векторном виде (11.1)

 

Виды поляризации:

1. Электронная-под действ внешн эл поля происх смещение электронов в атомах, молек отн-о полож заряж ядра, за счет чего молек приобр дип момент. Этот вид поляризац присущ всем вещ-вам.

2. Ионная-смещение полож и отриц ионов. Наблюдается в крист вещ-вах. Приобретается дип момент P_e=β ε ₀E, β -поляр-ть молекулы.

3. Дипольная или ориент. Молекулы диэл облад дип моментом и в отсутст внешн эл поля, за счет теплового движ, дип моменты ориент в простр хаотич. Суммарный момент диполя равен нулю. При помещ полярн диэл в эл поле на диполь дейст силы стремящ ориент их вдоль поля. Для х-ки степени поляр-ии диэл вводят велич назыв вектором поляризации: для изотропных диэл, кроме сегнетоэлектр вектор поляр пропорц: P=χ ε ₀E

χ -диэл восприимчивость вещ-ва.

 

Поляризация диэлектриков. Связанные заряды. Вектор поляризации. Диэлектрическая восприимчивость и проницаемость. Связь между ними. Физический смысл диэлектрической проницаемости и ее зависимость от температуры.

Поляризацией назыв процесс ориентации диполей или появления под воздейств внешн эл поля ориентир по полю диполей. Суммарный момент диполя равен нулю. При помещ полярн диэл в эл поле на диполь дейст силы стремящ ориент их вдоль поля. Вектор поляризации:

 

P=χ ε ₀E, где χ (каппа)-диэл восприимчивость вещ-ва, безразм величина всегда > 0, она служит х-кой диэл-в. Во всех случаях поляризация диэл приводит к ослаблению эл поля, те напряж поляр-его эл поля всегда больше напряж поля в диэл: ε =E₀/E> 0. Где ε -отн диэл прониц диэл-а (показыв степень ослабления диэлектриком эл поля). В поле плоск конденсатора поместим однородн неполяр диэл-к, заряды возник на пов-ти диэл назыв связанными или поляризац.

ε =1+χ =1+P/ε ₀E=1+n₀P²_e/3ε ₀kT

Под действием приложенного электрического поля центры тяжести электронов в молекуле диэлектрика смещаются из своих положений равновесия на малые расстояния порядка атомных, так как диэлектрик состоит из электрически нейтральных молекул. Молекулы становятся электрическими диполями, ориентированными положительно заряженными концами в направлении электрического поля Е. В этом случае диэлектрик оказывается поляризованным, а смещение зарядов называется поляризацией.

Поляризация зависит от диэлектрика и величины Е поля. Выделяется бесконечно малый объем диэлектрика DV и находится - сумма дипольных моментов в нем. Тогда отношение (11.2)

называется вектором поляризации. Для однородного не очень сильного поля ~ , конкретнее эта зависимость P= к e_о Е (11.3)

где - безразмерный коэффициент поляризации, зависящий от строения диэлектрика, называется диэлектрической восприимчивостью. Величина Д. п. существенно зависит от типа вещества и от внешних условий

Из приведенного выше ясно, что образование поляризационных (связанных) зарядов приводит к возникновению дополнительного поля, которое уменьшает внешнее поле. Кроме того, поляризационные заряды связаны с вектором поляризации соотношением (11.4)

т.е. поверхностная плотность поляризационных зарядов определяется вектором диэлектрической проницаемостью среды. Она показывает, во сколько раз поле ослабляются диэлектриком по сравнению с первоначальным полем. Для всех диэлектриков > 0 и > 1. Для вакуума Р=0,

поляризации.

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: