Apariție momentul dipolar total de molecule, altele decât zero, atunci când se face dielectric în câmp electric
Substanțele care nu conduce curentul electric, numit dielectricilor. La temperaturi nu prea ridicate și în condiții în care nu dielectrici sunt expuși la câmpuri electrice foarte puternice în aceste materiale, spre deosebire de conductori nu sunt purtători liberi de curent electric.
Moleculele dielectrice sunt neutre electric și conțin un număr egal de sarcini pozitive și negative. Cu toate acestea, moleculele au proprietăți electrice. Într-o primă aproximare, molecula dielectric poate fi considerată ca un dipol care are un moment de dipol electric:
în care q - valoarea absolută a c net pozitivă și negativă totală) tarifele situate, respectiv, la centrele de greutate ale acestor taxe;
L - distanța dintre centrele de greutate ale taxelor pozitive și negative.
Dielectric numit apolar (dielectric non-polar), în cazul în care electronii atomilor din moleculele sale sunt aranjate simetric în raport cu nucleele (H 2. O 2. CCI4 și altele.). In astfel de molecule centrele de greutate ale sarcinilor pozitive și negative coincid în absența unui câmp electric extern (l = 0) și p e momentul de dipol al moleculei este zero. Dacă un dielectric non-polar plasat într-un câmp electric extern, deformarea cochilii de electroni de atomi (molecule) și centrele de greutate ale sarcinilor pozitive și negative sunt deplasate una în raport cu cealaltă (l № 0). Molecula (atom) din dielectric apare indusă (induse) momentul dipol electric, care este proporțională cu intensitatea câmpului electric E:
p e = e 0 o E. (SI)
p e = a E. (în esu)
unde a - coeficientul de polarizabilitatea (polarizabilitatea) molecule (atomi);
e 0 = 8,85 x 10 -12 F / m - constanta dielectrică în SI.
Polarizabilitatea a moleculei depinde de volumul moleculei. Este esențial ca o temperatură independentă. Moțiunea termică a moleculelor de dielectrici nepolari nu afectează apariția momentelor dipol induse. Molecule cu aceste momente de dipol quasielastic similare (induse) dipoli.
Chemat polari izolator dielectric astfel de molecule (atomi) care au electroni dispuse asimetric în raport cu nucleele lor (H 2 O, HCI, NH 3. CH3 CI, etc.). In aceste molecule, centrele de greutate al sarcinilor pozitive și negative nu coincid, fiind practic la o distanță l constantă unul față de celălalt. Molecule de proprietăți electrice polare sunt similare dielectrice cu dipol rigid, care au un moment de dipol permanent:
dipol greu plasat într-un câmp electrostatic extern uniform experiențele unui cuplu forță cu momentul M egal cu:
Moment de perechi M este perpendicular pe planul ce trece prin vectorii p e E. și în care capătul de rotație M a p e la E pe calea cea mai scurtă poate fi văzut întâmplă invers acelor de ceasornic. Fig. Momentul 1 M este direcționat de către noi pentru desen și tinde să se rotească dipol, astfel încât vectorii p e și E sunt paralele între ele.
Acțiunea câmpului electric pe dipol
In moleculele polare reale dielectrice în afară axele de pivotare ale dipolilor de-a lungul câmpului moleculelor de deformare are loc, iar ei au creat un moment de dipol induse.
Dacă izolatorul polar nu este într-un câmp electric extern, care rezultă în mișcare termică aleatorie a moleculelor vectorii momentelor dipol sunt orientate la întâmplare. Prin urmare, în orice volum D V sum infinitezimal fizic al dipol momente ale moleculelor este zero. (Aceasta D V >> v 0. 0 unde v - volumul unei molecule și un volum al D V conține un număr foarte mare de molecule).
Dielectric non-polar, nu în câmp electric, în general, nu poate fi indusa de momente de dipol ale moleculelor. Atunci când se face dielectric într-un câmp electric extern, polarizarea dielectric are loc, care constă în faptul că, în orice element de volum D V are loc momentul total de dipol altele decât zero molecule. Dielectrica, care este într-o astfel de stare se numește polarizat (dielectric polarizat). În funcție de structura de molecule (sau atomi) dielectric trei tipuri diferite de polarizare:
a) polarizare orientare în dielectrici polare. Câmpul electric extern tinde să se orienteze dipolii dipolului momentelor de rigide pe direcția câmpului electric. Acest lucru previne mișcarea termică aleatorie a moleculelor, care tinde dipolii la întâmplare „împrăștiate“. Ca urmare acțiunea combinată a câmpului și mișcarea termică are loc orientarea preferențială a momentelor dipol de-a lungul câmpului electric crește odată cu creșterea intensității câmpului electric și cu scăderea temperaturii;
b) e (deformare) în polarizarea dielectricilor nepolare. Sub influența unui câmp electric extern la moleculele acestui tip dielectricilor indus momentului dipol indus direcționat de-a lungul câmpului. Moțiunea termică a moleculelor nu are efect asupra polarizării de electroni. Gazoase și lichide dielectricilor aproape simultan cu orientarea apare și polarizarea electronică.
c) polarizare ionică în dielectrici solide având zăbrele cristaline ionice. . De exemplu, NaCl, CsCI etc. Câmpul electric extern determină deplasarea ionilor pozitivi în direcția tensiunii E. și ioni negativi toate - în direcția opusă.
O măsură cantitativă a polarizării dielectric este o polarizare vector p e. vector Polarizare (polarizabilitate) este raportul dintre momentul de dipol electric de volum mic D V la valoarea volumului dielectric:
în care p ei - un dipol momentul electric al i-lea molecule;
n - numărul total de molecule în volum D V.
Această sumă ar trebui să fie suficient de mici, astfel încât în ea un câmp electric poate fi considerat omogen. În același timp, numărul n de molecule în D V volum trebuie să fie suficient de mare pentru a putea aplica metode statistice.
Pentru dielectric nepolar omogen situat într-un câmp electric uniform:
0 unde n - numărul de molecule pe unitatea de volum,
p e - dipole moment al unei molecule.
Folosind formula pentru p e. obținem:
P e = n e 0 0 o E = e 0 c E. (SI)