Поляризация диэлектриков

Диэлектрики состоят из молекул (атомов), у которых имеются положительное ядро и отрицательные электроны, прочно связанные между собой. У одних молекул положительные и отрицательные заряды расположены симметрично. Такие молекулы называются неполярными. К ним относятся водород Н₂, азот N₂, и др. У молекул других веществ центры положительных и отрицательных зарядов не совпадают. Атомы и молекулы такого сорта обладают встроенным электрическим дипольным моментом (р_э = ql ≠ 0), отличным от нуля и называются полярными или дипольными атомами, молекулами. Представителями дипольных атомов являются ферромагнитные, а дипольными молекулами являются НС1, HBr, SiO₂, H₂O и др.

Величина электрического момента дипольных молекул двух зарядов, равных заряду электрона 1,6-10^-19 Кл, на расстоянии размеров атома 10^-10 м соответствует значению

. (3.1)

В отсутствие электрического поля вследствие теплового движения диполи расположены хаотически и их электрические моменты взаимно компенсируются.

Во внешнем электрическом поле неполярные и полярные молекулы ведут себя по разному. Неполярные молекулы поляризуются, а полярные ориентируются вдоль поля. Рассмотрим подробнее оба случая.

Поведение неполярных молекул во внешнем электрическом поле выясним на примере молекулы водорода (рис. 25). Во внешнем поле напряженностью Е_э на внешние электроны и на ядра будут действовать силы F_e и F_i, которые сместят эти заряды относительно их первоначального положения. Возникнет наведенный электрический диполь. Величина электрического момента диполя пропорциональна напряженности электрического поля:

. (3.2)

Направление наведенного вектора электрического момента совпадает с направлением вектора напряженности поля. Коэффициент пропорциональности α называется поляризуемостью молекулы. Это молекулярная константа, характерная для молекул данного вещества.

Смещение зарядов у не полярных молекул будет происходить до тех пор, пока внутримолекулярные силы не уравновесят действие сил, вызванных внешним электрическим полем. Появление в диэлектрике под влиянием внешнего электрического поля наведенных диполей, ориентированных по полю, называется деформационной поляризацией (рис. 26, а).

При внесении в электрическое поле диэлектрика, состоящего из полярных молекул, все дипольные моменты молекул будут стремиться расположиться вдоль поля (рис. 26, б). На каждую молекулу-диполь будет действовать пара сил. Располагаться молекулярным диполям вдоль поля мешает тепловое движение молекул. Такого рода поляризация называется дипольной или ориентационной. Упорядочение направлений осей молекул-диполей зависит от температуры. Чем выше температура, тем меньше упорядоченное расположение диполей.

Для кристаллических диэлектриков с ионной кристаллической решеткой (типа NaCl) во внешнем поле имеет место смещение ионов. Такая поляризация называется ионной.

Рассмотренные примеры не исчерпывают всех известных случаев и типов поляризации.

Поиск по сайту: