Главная | Обратная связь

Поляризация диэлектриков

Поляризацией называется процесс ориентации диполей или появления под воздействием внешнего электрического поля ориентированных по полю диполей.

В отсутствие внешнего электрического поля дипольные моменты отдельных молекул диэлектриков либо равны нулю (для неполярных диэлектриков), либо ориентированы хаотически (для полярных диэлектриков), так что в обоих случаях суммарный дипольный момент любого объема диэлектрика равен нулю.

Во внешнем электрическом поле диэлектрик поляризуется. Диэлектрик поляризован, если он имеет результирующий дипольный момент отличный от нуля, а дипольные моменты молекул ориентированы по полю. Механизм поляризации различен для различных диэлектриков

Различают 3 вида поляризации:

.

Электроннаяполяризация возникает в диэлектриках, состоящих из неполярных молекул. Если поместить диэлектрик во внешнее электрическое поле, то положительные заряды будут смещаться по направлению вектора напряженности электрического поля , а отрицательные – в противоположном направлении. В результате неполярные молекулы приобретут наведенный (индуцированный) дипольный момент, направленный вдоль внешнего поля, т.е. диэлектрик поляризуется (рис. 2.2). Дипольный момент молекул пропорционален напряженности внешнего поля

, (2.1)

где – поляризуемость молекулы, зависящая только от объема молекулы.

 

- -

 

 

Рис. 2.2. Электронная поляризация:

а) – внешнее поле отсутствует, б) – молекула диэлектрика

во внешнем электрическом поле

 

Ионная поляризация возникает в диэлектриках с ионными кристаллическими решетками. При помещении диэлектрика во внешнее электрическое поле подрешетки положительных ионов смещаются по направлению напряженности электрического поля Е, а отрицательные – против поля. В результате возникают индуцированные дипольные моменты, ориентированные по полю.

В целом процессы электронной и ионной поляризации сходны между собой. Оба эти явления можно рассматривать как разновидность деформационной поляризации, представляющий собой сдвиг зарядов друг относительно друга. На деформационную поляризацию не оказывает влияния температура. Данный вид поляризации не вызывает возникновения диэлектрических потерь и отличается большой скоростью установления состояния поляризации.

Ориентационная (дипольная) поляризация возникает в полярных диэлектриках (рис. 2.3). На каждый из зарядов диполя, внесенного в однородное электрическое поле с напряженностью , будут действовать равные по модулю силы и , направленные в противоположные стороны. Они создадут момент сил М, стремящийся повернуть молекулу-диполь так, чтобы его дипольный момент совпадал по направлению с вектором напряженности электрического поля. Вектор момента сил равен или по модулю . Таким образом, каждая молекула-диполь будет испытывать ориентирующее действие поля (рис. 2.3).

 

 

Рис. 2.3. Ориентационная поляризация

 

Ориентационная поляризация связана с тепловым движением молекул и зависит от температуры. При повышении температуры уменьшается степень упорядоченности их ориентации.

 

11 билет.

При перемещении диэлектрика во внешнее электрическое поле он поляризуется, т.е. приобретает отличный от нуля дипольный момент. Для количественного описания поляризации диэлектрика пользуются векторной величиной -поляризованностью, которая определяется как дипольный момент единицы объема диэлектрика.

, (2.2)

где – суммарный дипольный момент всех молекул диэлектрика в объеме V, – дипольный момент одной молекулы.

Поляризованность изотропного диэлектрика любого типа связана с напряженностью поля соотношением

, (2.3)

где – диэлектрическая восприимчивость вещества, хар-ая свойства диэлектрика, – электрическая постоянная.

Диэлектрическая восприимчивость вещества характеризует способность диэлектрика к поляризации.

Связь вектора поляризации с поверхностной плотностью связанных зарядов.

В однородном электрическом поле, если S - площадь боковой грани проводника, то диэлектрик приобретает дипольный момент, равный p=σ' Sl, где l - вектор длины параллелепипеда, направленный вдоль электрического поля или, от отрицательных зарядов к положительным. Вектор поляризации равен:

P = = σ'
т.е. P = σ'

 

 

12, 13

 

 

Для описания электрического поля, в частности, в диэлектрике, вводят в рассмотрение вектор электрического смещения (вектор электростатической индукции) , равный

Результирующее поле в диэлектрике описывается вектором напряженности и зависит от свойств диэлектрика (от ε). Вектором описывается электростатическое поле, создаваемое свободными зарядами. Связанные заряды, возникающие в диэлектрике, могут вызвать перераспределение свободных зарядов, создающих поле. Поэтому вектор характеризует электростатическое поле, создаваемое свободными зарядами (т.е. в вакууме), но при таком их распределении в пространстве, какое имеется при наличии диэлектрика.

Силовые линии вектора могут начинаться и заканчиваться как на свободных, так и на связанных зарядах. Силовые линии вектора - только на свободных. Через области поля, где находятся связанные заряды, силовые линии вектора проходят не прерываясь.

ПОТОК ВЕКТОРА через произвольную замкнутую поверхность s

 

, где D-проекция вектора Dна нормальль n к площадке dS

 

ТЕОРЕМА ГАУССА ДЛЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ В ДИЭЛЕКТРИКЕ:

Поток вектора смещения электростатического поля в диэлектрике сквозь произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме заключенных внутри этой поверхности свободных электрических зарядов:

 

[C]=[Ф]

15 билет.

 

Проводник- это материал, хорошо проводящий электрический ток. Материал, в котором вс езаряды, находятся в свободном состоянии. Типичные проводники-металлы.

Свободные заряды - заряды, которые могут распространяться на большие расстояния В отсутствии внешнего поля в любом электролите объема проводника отрицательный свободный заряд компенсируется положительным зарядом ионной решетки. В проводнике, внесенном в электрическое поле, происходит перераспределение свободных зарядов, в результате на поверхности проводника возникают нескомпенсированные положителные и отрицателные заряды.

Этот процесс называют электростатической индукцией,а появившиеся на поверхности проводника заряды –индукционный заряд.

Индукционные заряды создают свое собственное поле E^t, которое компенсирует внешнее поле E₀ во всем объеме проводника(внутри проводника)

E=E₀+E^t=0