Tipuri de dielectrice Polarizabilitate și vector de polarizare
Principala diferență dintre dielectrici și dirijori este că nu există transportatori cu taxă liberă în dielectrică. Particulele încărcate fac parte din atomii și moleculele dielectricilor, dar nu se pot mișca liber în spațiul intermolecular, care este disponibil, de exemplu, pentru a elibera electronii din conductorii metalici. Deplasarea încărcărilor în moleculele dielectrice este limitată de scalele atomice.
Există trei tipuri de dielectrice: nepolar, polar și ionic.
Dielectricii nepolari (N2.H2, O2, CO2, etc.) includ substanțe ale căror molecule au o structură simetrică. În absența unui câmp electric extern, centrele încărcărilor pozitive și negative ale acestor molecule coincid. Cu alte cuvinte, momentul dipolului lor este zero.
Moleculele dielectrice ale celui de-al doilea grup - cele polare - au o structură asimetrică (H2O, CO, SO2, etc.). Astfel de molecule au, în absența unui câmp electric extern, un moment dipol inițial diferit de zero. Moleculele polar sunt reprezentate în mod convențional ca o dumbbell (Figura 5.1.).
Structura cristalină a dielectricilor ionici (NaCl, KCl, KBr, etc.) poate fi privită ca un sistem de două laturi ionice împinse una în cealaltă.
Acum, să vedem ce se întâmplă cu moleculele de dielectric într-un câmp electric.
a) dielectrice nepolare
În câmpul dielectric, forțele egale și opuse care întind molecula vor acționa asupra sarcinilor pozitive și negative ale moleculelor (Figura 5.2.). Acțiunea acestor forțe conduce la deformarea moleculelor și la apariția unui moment dipol :. Mărimea acestui moment, după cum arată experiența, este proporțională cu intensitatea câmpului, deci astfel de molecule sunt numite și dipole elastice.
b) dielectrice polar
Moleculele polar nu schimbă amploarea momentului dipolului sub acțiunea unui câmp electric. Spre deosebire de moleculele nepolare, ele se comportă ca dipoli rigizi.
Într-un câmp electric, o astfel de moleculă rigidă este acționată de un cuplu care tinde să orienteze momentele dipol ale moleculelor de-a lungul câmpului (Figura 5.3).
c) Dielectricii de ioni
În câmpul electric, sublaturile pozitive și negative ale structurii ionice se schimbă relativ unul față de celălalt și apare un moment dipol.
Toate aceste fenomene care apar în dielectric în prezența unui câmp electric se numesc polarizare. În primul caz, aceasta a fost polarizarea deformării, în al doilea caz a fost polarizarea orientării. în a treia - ionică.
Moleculele unei astfel de substanțe au momente dipolice. Dar în absența unui câmp electric într-un dielectric omogen nu există o direcție preferată, iar mișcarea termică amestecă în mod chaotic momentele dipol ale moleculelor astfel încât momentul total al moleculelor unui volum unitar de materie să fie zero.
Într-un câmp electric, momentele de rotație acționează asupra moleculelor, care tind să orienteze dipolii de-a lungul câmpului. La limitele dielectrice, atunci există încărcături "legate" cu o densitate a suprafeței + s 'și -s' (Figura 5.4.).
Gradul de polarizare a unui dielectric într-un câmp electric este caracterizat de un vector de polarizare egal cu suma vectorială a momentelor dipol ale tuturor moleculelor unui volum unitar de materie (acum această sumă nu este zero):
Experiența arată că vectorul de polarizare al unui dielectric este proporțional cu intensitatea câmpului:
Aici: c este susceptibilitatea dielectrică a substanței;
e0 este constanta electrica pe care o stim.
În cazul dielectricului nepolar, momentul dipol al unei molecule individuale, așa cum am menționat deja, este proporțional cu puterea câmpului electric:
Aici b este polarizabilitatea moleculei.
Apoi, momentul dipol total al tuturor moleculelor din volumul DV va fi:
În acest caz, vectorul de polarizare (polarizare), ca și în cazul unui dielectric polar, este proporțional cu puterea câmpului:
Aici, sensibilitatea dielectrică c este egală cu produsul numărului de molecule pe unitatea de volum (n) și factorul de polarizabilitate (b):
Să arătăm că vectorul de polarizare este determinat de magnitudinea sarcinii legate s '.
Luați în considerare un dielectric polarizat uniform realizat sub forma unei prisme înclinate cu o bază S și o muchie L. paralelă cu vectorul de polarizare (Figura 5.5).
Momentul electric al prismei este q '× L = s' × S × L. Aici, q 'și s' sunt sarcina legată și densitatea sarcinii legate bazată pe prisma.
Considerând că volumul prismei este V = S × L × cosa, același moment electric poate fi reprezentat ca:
Din aceasta este ușor de obținut relația dorită:
Acest rezultat ne permite să tragem următoarele concluzii:
1. densitatea de suprafață a sarcinilor legate este egală cu componenta normală a vectorului de polarizare;
2. încărcarea care a trecut prin polarizare printr-o suprafață unitară normală față de direcția de deplasare a încărcărilor este egală cu modulul vectorului de polarizare.
Articole similare
-
Polaritatea și polarizabilitatea legăturii covalente și a moleculelor - stadopedia
-
Polaritatea și polarizabilitatea legăturilor covalente - cartea de referință chimică 21
Trimiteți-le prietenilor: