При внесении диэлектрика любого типа в электрическое поле происходит его поляризация, т. е. в нём возникает отличный от нуля дипольный электрический момент. Механизм поляризации в каждой группе диэлектриков имеет особенности. Рассмотрим его подробнее.
Начнём с рассмотрения неполярных диэлектриков.
При внесении такого
вещества во внешнее электрическое поле под действием кулоновских сил центры
“тяжести” положи-тельных и отрицательных зарядов молекулы смеща-ются в
противоположных направениях.
В результате центры
“тяжести” положительного и отрицательного зарядов оказываются на некотором расстоянии
l друг от друга (см. рисунок). Молекула неполярного диэлектрика
становится диполем с плечом l, направленным параллельно вектору
на-пряжённости электрического поля.
Подобным образом ве-дут себя и диэлектрики второго типа: под действи-ем кулоновских сил поло-жительные и отрицатель-ные ионы смещаются, что приводит к возникновению дипольных моментов.
В полярных диэлектри-ках внешнее поле вызывает ориентацию молекул – молекулы ориентируются по полю. Сумма дипольных моментов молекул ста-нет отличной от нуля. Естественно, что хаотическое (тепловое) дви-жение молекул противодействует упорядочиванию ориентации мо-лекул. Поэтому при данной темпе-ратуре степень ориентации будет тем выше, чем сильнее электрическое поле.
Из сказанного следует, что степень поляризации любого диэ-лектрика может быть различной. Следовательно, необходима количественная мера степени поляризации диэлектрика. В ка-честве такой меры используется поляризованность диэлектрика – дипольный момент единицы объёма диэлектрика. Это вели-чина, равная векторной сумме дипольных моментов молекул в единице объёма вещества:
.
Размерность вектора поляризованности
.
Поляризованность в диэлектриках всех типов зависит от напряжённости электрического поля. Чем больше напряжённость электрического поля, тем выше поляризованность диэлектрика. В аналитической форме эта связь имеет вид
Р = keоЕ,
где k (каппа) – диэлектрическая восприимчивость. Диэлект-рическая восприимчивость является безразмерной величиной.
Учитывая, что дипольный момент поляризованной неполяр-ной молекулы всегда направлен по полю, мы вправе утверждать, что изменение температуры не влияет на степень поляризации молекулы. Следовательно, и поляризованность, и диэлектри-ческая восприимчивость неполярного диэлектрика не зависят от температуры.
Полярные диэлектрики ведут себя иначе. В них упорядо-чивающему действию внешнего электрического поля противо-действует хаотическое тепловое движение молекул, стремящееся разориентировать дипольные моменты молекул. Поэтому при каждой температуре будет устанавливаться некоторая равно-весная упорядоченность дипольных моментов. Следовательно, поляризованность и диэлектрическая восприимчивость полярных диэлектриков зависят от температуры. Чем выше температура, тем ниже поляризованность Р и диэлектрическая воспри-имчивость k.
Следует отметить ещё одну важную особенность ди-электрической восприимчивости k.
В изотропных средах, свойства которых не зависят от направ-ления, k является скаляром. Поэтому в изотропных диэлектриках направление вектора Р всегда параллельно направлению Е.
В анизотропных диэлектриках диэлектрическая восприим-чивость, измеренная для направления, параллельного оси х, не равна значению k, измеренному для параллельного оси у на-правления. Поэтому в анизотропных диэлектриках направление вектора Р в общем случае не параллельно направлению Е.
Необходимо отметить ещё одну важную особенность про-цесса поляризации.
Под действием внешнего
поля положительные и отри-цательные заряды в диэлектрике смещаются. В
результате молекулы диэлектрика ориентированы примерно так, как показано на
рисунке.
Внутри диэлектрика рядом с положительным зарядом диполя распо-лагается отрицательный заряд соседней молекулы.
Поскольку молекулы одинаковые, то сумма этих зарядов равна нулю. Другими словами – заряды диполей внутри диэлектрика взаимно компенсируются.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.