Un dielectric plasat într-un câmp electric extern este polarizat sub acțiunea acestui câmp. Polarizarea unui dielectric este procesul de obținere a unui moment dipol macroscopic nonzero.
Gradul de polarizare a unui dielectric este caracterizat de o cantitate vectorială, care se numește polarizare sau vectorul de polarizare (P). Polarizarea este definită ca fiind momentul electric al unui volum unitar al unui dielectric
,
unde N este numărul de molecule din volum. Polarizarea P este adesea numită polarizare, adică prin aceasta măsura cantitativă a acestui proces.
În dielectric se disting următoarele tipuri de polarizare: electronice, orientare și lattice (pentru cristalele ionice).
Tipul electronic de polarizare este caracteristic dielectricilor cu molecule nepolare. Într-un câmp electric extern (Fig. 2.1) încărcătura pozitivă în interiorul moleculei sunt deplasate spre câmp și negativ în direcția opusă, în care moleculele dobândesc un moment de dipol direcționat de-a lungul câmpului extern
Momentul dipol indus al moleculei este proporțional cu rezistența câmpului electric extern. unde este polarizabilitatea moleculei. Valoarea de polarizare în acest caz este. unde n este concentrația de molecule; - momentul dipol indus al moleculei, care este același pentru toate moleculele și a cărui direcție coincide cu direcția câmpului extern.
Tipul de polarizare orientare este caracteristic dielectricilor polari. În absența unui câmp electric extern, dipolii moleculari sunt orientați aleatoriu, astfel încât momentul electric macroscopic al dielectricului este zero.
Dacă un astfel de dielectric este plasat într-un câmp electric extern, atunci momentul forței (Figura 2.2) acționează asupra dipolului moleculei, care tinde să orienteze momentul dipolului în direcția intensității câmpului. Cu toate acestea, nu are loc o orientare completă, deoarece mișcarea termică tinde să distrugă acțiunea unui câmp electric extern.
Această polarizare se numește orientare. Polarizarea este în acest caz. unde
- valoarea medie a componentei momentului dipol al moleculei în direcția câmpului extern.
Tipul de polarizare a rețelei este caracteristic pentru cristalele ionice. In cristale ionice (NaCl, etc.), în absența unui câmp extern momentul de dipol al fiecărei celule unitate este egală cu (Fig. 2.3.a), zero, sub influența unui câmp electric extern ioni pozitivi și negativi sunt deplasate în direcții opuse (fig. 2.3.b) . Fiecare celulă a cristalului devine un dipol, cristalul este polarizat. O astfel de polarizare se numește polarizare a zăbrelelor. Polarizarea în acest caz poate fi de asemenea definită ca. unde este valoarea momentului dipol al celulei unice, n este numărul de celule pe unitatea de volum.
Polarizarea dielectricilor izotropici de orice tip este legată de intensitatea câmpului prin relație. unde este sensibilitatea dielectrică a dielectricului.
Se știe din experiență că pentru o clasă mare de dielectrice (cu excepția feroelectricilor, vezi mai jos), polaritatea lui P depinde în mod liniar de intensitatea câmpului E. Dacă dielectricul este izotrop și E nu este numeric prea mare, atunci
unde # 952; Este susceptibilitatea dielectrică a substanței. caracterizează proprietățile dielectricului; # 952; Este o cantitate fără dimensiuni; mai mult, întotdeauna Și pentru cele mai multe dielectrice (lichide și solide) există mai multe unități (dar, de exemplu, pentru alcool # 952; ≈25, pentru apă # 952; ≈ 80).
Pentru a determina modelele cantitative ale câmpului electric în dielectric pus într-un câmp uniform extern electric E0 (de exemplu, între două planuri paralele infinite încărcate opus) a unei plăci dielectrice omogene, de poziționare l așa cum se arată în Fig. 1. Sub influența câmpului dielectric este polarizată, adică deplasare efectuate cheltuieli: deplasare pozitivă direcția câmpului, negativ - împotriva direcția câmpului ... Ca urmare, pe partea dreaptă a dielectric, care se confruntă cu planul negativ este un exces de sarcină pozitivă din greutatea de suprafață a 963 + #; „pe partea stângă - cu o suprafață de densitate de sarcină negativă - # 963;“. Aceste sarcini necompensate, care apar ca urmare a polarizării dielectricului, se numesc obligatorii. Deoarece densitatea lor de suprafață # 963; mai puțină densitate # 963; încărcări libere ale avioanelor, atunci nu tot câmpul E este compensat de câmpul de sarcină dielectric: unele dintre liniile de tensiune trec prin dielectric, în timp ce cealaltă parte se oprește pe sarcini legate. Prin urmare, polarizarea dielectricului determină scăderea câmpului în comparație cu câmpul exterior original. În afara dielectricului, E = E0.
Figura 1
Prin urmare, apariția taxelor legate duce la o suplimentare de câmp electric E „(domeniu care se creează cheltuieli legate) îndreptate împotriva câmpului extern E0 (domeniu care se creează sarcini libere) și îl reduce. Câmpul rezultat în interiorul dielectricului
Câmpul E '= # 963;' / # 949; 0 (câmpul creat de două planuri infinite încărcate) înseamnă
(3)
Să găsim densitatea de suprafață a sarcinilor legate # 963; ". Conform punctului (1), momentul dipolului total al plăcii dielectrice este pV = PV = PSd, unde d este grosimea plăcii și S este suprafața feței sale. Pe de altă parte, momentul dipolului total este egal cu produsul sarcinii legate de fiecare față Q '= # 963;' S prin distanța d între ele, adică pV = # 963; "Sd. Prin urmare, PSd = # 963; 'Sd, sau
(4)
adică, densitatea de suprafață a sarcinilor legate # 963; este egal cu polarizarea lui P. Substituind expresiile (4) și (2) în formula (3), obținem
unde intensitatea câmpului rezultat în interiorul dielectricului este
(5)
Cantitatea fără dimensiuni
(6)
se numește permitivitatea dielectrică a mediului. Comparând (5) și (6), putem concluziona că # 949; arată de câte ori câmpul este slăbit de un dielectric și caracterizează cantitativ proprietatea unui dielectric de a polariza într-un câmp electric.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: