Електричне поле у діелектриках
Електричне поле у діелектриках. Поляризація діелектриків. Вектор поляризації. Діелектрична проникність середовища – розділ Механіка, Кінематика обертального руху. Кутова швидкість та кутове прискорення. Лінійне та нормальне прискорення. Момент сили Діелектрики – Речовини, Не здатні Проводити Електричний Струм. Вони о 10.
Діелектрики – речовини, які не здатні проводити електричний струм. Вони в 1015-1020 разів гірше проводять струм, ніж напівпровідники.
Атоми і молекули складаються з позитивно заряджених ядер і негативно заряджених електронів, що рухаються навколо них. У діелектриків заряди, що входять до складу молекули, міцно пов'язані один з одним і можуть бути розділені тільки при дії дуже сильного поля. Тому заряди, що входять до складу молекул діелектрика, називають зв'язаними.
Усередині або на поверхні діелектрика можуть бути заряди (вільні), які не входять до складу його молекул.
Залежно від взаємного розташування зарядів спостерігається два типи молекул. У молекул одного типу центри позитивних та негативних зарядів зміщені один щодо одного, внаслідок чого молекула має власний дипольний момент. Такі молекули зв. полярними. У молекул іншого типу, званих неполярними, дипольний момент дорівнює нулю (внаслідок їхньої симетрії центри позитивних та негативних зарядів збігаються).
Під впливом зовнішнього електричного поля молекули різних типів поводяться по-різному. На полярні молекули поле переважно надає орієнтуючу дію, прагнучи встановити їх дипольними моментами по полю. Величину дипольного моменту полярної молекули полесуттєво не змінює. Орієнтуючому впливу поля на полярні молекули чинить опір тепловий рух, який прагне розкидати моменти молекул рівномірно в усіх напрямках. В результаті протиборства цих двох тенденцій встановлюється переважна орієнтація дипольних моментів по полю, тим більше, чим сильніше поле і чим нижче температура. Це призводить до того, що речовина в цілому набуває електричного дипольного моменту або поляризується. Такий вид поляризації зв. орієнтаційною поляризацією.
Дія поля на неполярну молекулу призводить до того, що центр позитивних зарядів зміщується у бік поля, а центр негативних зарядів – у протилежний бік. У результаті неполярна молекула набуває індукованого (наведеного) дипольного моменту, точно орієнтованого по полю. Така поляризація зв. електронної. Неполярна молекула подібна до пружини, подовження якої пропорційно докладеної до неї силі. Неполярні молекули називають пружними диполями. Відповідно полярні – твердими диполями.
Незалежно від типу молекул діелектрики під дією зовнішнього поля набувають дипольного моменту. Це називається поляризацією діелектрика.
Як кількісної характеристики поляризації природно взяти дипольний момент одиниці об'єму діелектрика, який зв. поляризованістю діелектрика (P). Якщо діелектрик поляризований однорідно, то поляризованість дорівнює сумі дипольних моментів молекул, що містяться в одиниці об'єму речовини:
P =
(p - дипольний момент окремої молекули; підсумовування проводиться за обсягом V, що дорівнює одиниці).
У разі неоднорідної поляризації для знаходження поляризованості в будь-якій точці діелектрика потрібно виділити на околиці цієї точки фізично нескінченно малийобсяг ∆V, визначити сумарний дипольний момент молекул у цьому обсязі та взяти відношення його до ∆V:
P =
Поляризований діелектрик стає джерелом електричного поля E', кіт. Накладається на поле сторонніх зарядів E0. У результаті виникає поле
Весь поляризований діелектрик можна як диполь з певним дипольним моментом.
Для кількісної оцінки поляризації діелектрика вводиться поняття вектора поляризації. Під вектором поляризації розуміють векторну суму електричних моментів дипольних молекул одиниці об'єму поляризованого діелектрика; по-іншому, вектор поляризації визначається електричним дипольним моментом одиниці об'єму поляризованого діелектрика
,
де - Електричний момент i-го диполя; n – кількість диполів обсягом ∆V.
У разі поляризованого діелектрика з неповними молекулами всі вектори мають однаковий напрямок, тому вектор поляризації буде: де n0 – кількість диполів в одиниці об'єму. Т.к. , то
множник χ = n0β. Вектор завжди спрямований у напрямку реального поля, тому χ>0. Т.о. отримуємо
Кількісна характеристика електричних властивостей діелектрика є безмірна величина ε – відносна проникність діелектрика,