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).

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=βε₀E, 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=χε₀E

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=χε₀E, 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/ε₀E=1+n₀P²_e/3ε₀kT

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.