Поляризация диэлектриков. Полярные и неполярные диэлектрики. Свободные и связанные заряды

Рассмотрим теперь подробнее поведение диэлектриков в электрическом ноле. Диэлектрик плохо проводит электрический ток. Заряды, входящие в состав молекул диэлектрика, прочно связаны друг с другом и под действием внешнего электрического поля могут лишь немного смещаться — отрицательный заряд относительно положительного. При этом, как отмечалось выше, вещество превращается в диполь, поле которого противоположно внешнему полю.

Процесс образования дипольного момента в диэлектрике при наложении внешнего поля называется поляризацией диэлектрика. Таким образом, если в проводнике на иоле реагируют свободные заряды, то в диэлектрике — связанные заряды. Различают два основных тина диэлектриков — полярные и неполярные.

В молекулах полярных диэлектриков изначально имеется смещение положительного заряда относительно отрицательного — даже в отсутствие внешнего электрического поля. Примером полярного диэлектрика является молекула воды Н20, которая по форме представляет собой равнобедренный треугольник, причем электронные облака (и отрицательный заряд) смещены от атомов водорода к электроотрицательному атому кислорода. Похожее смещение отрицательного заряда атомов водорода имеет место в полярных молекулах хлористого водорода ПС1 и аммиака NH3. Молекула полярного диэлектрика является жестким диполем с дипольным моментом, определяемым по формуле (15.13).

Молекулы неполярных диэлектриков более симметричны, и в них — в отсутствие внешнего электрического поля — отсутствует смещение положительного заряда относительно отрицательного. Примерами неполярных диэлектриков являются азот и многие углеводороды типа полиэтилена. Однако при наложении поля отрицательный заряд молекулы смещается против ноля, положительный — в направлении поля. Возникают упругий диполь и индуцированный (наведенный полем) дипольный момент.

Для оценки состояния поляризации используют понятие вектора поляризации. Вектор поляризации (или поляризованность) диэлектрика — эго дипольный момент единицы объема:

где по небольшому объему AV суммируются дипольные моменты отдельных молекул рх.

Для большинства веществ в отсутствие внешнего электрического поля вектор поляризации равен нулю. Даже для полярных диэлектриков вследствие хаотического движения молекул дипольные моменты отдельных молекул распределены случайным образом, так чтоР = 0 (рис. 19.1, а).

Рис. 19.1

Во внешнем электрическом поле, как правило, Р ^ 0. Дипольные моменты отдельных молекул диэлектриков стремятся — вопреки хаотическому движению — сориентироваться вдоль силовых линий поля (рис. 19.1, б). Таким образом, во внешнем электрическом поле вектор поляризации является функцией поля. При этом опытом установлено, что в большинстве случаев поле можно считать небольшим, так что в разложении в ряд Тейлора зависимости Р(Е) можно ограничиться линейным членом:

где безразмерная величина р — диэлектрическая восприимчивость.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >