Электрическое поле в диэлектрических средах. Дипольные моменты молекул диэлектрика. Поляризация диэлектрика

Вещества, которые не проводят электрический ток, называются диэлектриками. В диэлектриках, в отличие от проводников, нет свободных носителей заряда. Все молекулы диэлектрика электрически нейтральны. Тем не менее, молекулы обладают электрическими свойствами. В первом приближении молекулу можно рассматривать как электрический диполь с дипольным электрическим моментом Электрическое поле в диэлектрических средах. Дипольные моменты молекул диэлектрика. Поляризация диэлектрика - student2.ru .

Как всякий электрический диполь молекула создаёт электрическое поле, поэтому электрические поля диполей, складываясь, создают некоторое собственное поле Электрическое поле в диэлектрических средах. Дипольные моменты молекул диэлектрика. Поляризация диэлектрика - student2.ru , которое, налагаясь на внешнее поле Электрическое поле в диэлектрических средах. Дипольные моменты молекул диэлектрика. Поляризация диэлектрика - student2.ru , образует результирующее электрическое поле в диэлектрике Электрическое поле в диэлектрических средах. Дипольные моменты молекул диэлектрика. Поляризация диэлектрика - student2.ru .

Существуют два основных вида однородных и изотропных диэлектриков:

1) неполярныедиэлектрики (атомы и молекулы таких диэлектриков в отсутствие внешнего электрического поля не имеют дипольных моментов, а при помещении в электрическое поле приобретают индуцированные дипольные моменты, пропорциональные величине напряженности поля);

2) полярныедиэлектрики (атомы и молекулы таких диэлектриков в отсутствие внешнего электрического поля обладают дипольными моментами, при помещении в электрическое поле дипольные моменты ориентируются преимущественно по направлению вектора напряженности поля).

Электрическое поле в диэлектрических средах. Дипольные моменты молекул диэлектрика. Поляризация диэлектрика - student2.ru На электрический диполь в электрическом поле действует момент сил, поворачивающий диполь по направлению поля:

Электрическое поле в диэлектрических средах. Дипольные моменты молекул диэлектрика. Поляризация диэлектрика - student2.ru, М = рe·Е·sina.

Электрическое поле совершает работу при ориентации диполя, поэтому электрический диполь во внешнем поле обладает потенциальной энергией

Электрическое поле в диэлектрических средах. Дипольные моменты молекул диэлектрика. Поляризация диэлектрика - student2.ru ,

где a - угол между дипольным моментом и напряженностью поля (рис. 1.7).

Установлению параллельной ориентации всех дипольных моментов препятствует тепловое движение атомов и молекул диэлектрика.

При внесении диэлектрика во внешнее электрическое поле происходит поляризация диэлектрика, состоящая в том, что в любом малом его объёме DV возникает отличный от нуля суммарный дипольный электрический момент молекул. Диэлектрик в таком состоянии называется поляризованным. Количественной мерой поляризации диэлектрика служит поляризованность (вектор поляризации) Электрическое поле в диэлектрических средах. Дипольные моменты молекул диэлектрика. Поляризация диэлектрика - student2.ru .

Поляризованность равна электрическому дипольному моменту единицы объема диэлектрика:

Электрическое поле в диэлектрических средах. Дипольные моменты молекул диэлектрика. Поляризация диэлектрика - student2.ru .

В случае неоднородной поляризации ( Электрическое поле в диэлектрических средах. Дипольные моменты молекул диэлектрика. Поляризация диэлектрика - student2.ru ) необходимо рассматривать предел этого отношения, когда DV®0.

Для однородных и изотропных диэлектриков поляризованность пропорциональна напряженности поля:

Электрическое поле в диэлектрических средах. Дипольные моменты молекул диэлектрика. Поляризация диэлектрика - student2.ru ,

где k - диэлектрическая восприимчивость вещества.

В результате поляризации диэлектрика в тонких слоях у ограничивающих его поверхностей возникают некомпенсированные связанные заряды, называемые поверхностными поляризационными (связанными)зарядами. Поверхностная плотность sсвяз поляризационных зарядов равна проекции поляризованности на внешнюю нормаль к рассматриваемой поверхности диэлектрика:

Электрическое поле в диэлектрических средах. Дипольные моменты молекул диэлектрика. Поляризация диэлектрика - student2.ru ,

где a - угол между вектором Электрическое поле в диэлектрических средах. Дипольные моменты молекул диэлектрика. Поляризация диэлектрика - student2.ru и нормалью к поверхности.

Наши рекомендации