Типы диэлектриков. Поляризация диэлектриков

Диэлектрик (как и всякое вещество) состоит из атомов и молекул. Так как положительный заряд всех ядер молекулы равен суммарному заряду электронов, то молекула в целом электрически нейтральна. Если заменить положительные заряды ядер молекул суммарным зарядом +Q, находящимся в центре масс положительных зарядов, а заряд всех электронов — суммарным отрицательным зарядом -Q, находящимся в центре масс отрицательных зарядов, то молекулу можно рассматривать как электрический диполь с электрическим моментом р = |Q|Z, где I — расстояние между центрами масс положительных и отрицательных зарядов.

Диэлектрики бывают неполярные и полярные. Первую группу диэлектриков (N2, Н2, 02, С02, СН4, ...) составляют вещества, молекулы которых имеют симметричное строение, т. е. центры масс положительных и отрицательных зарядов в отсутствие внешнего электрического поля совпадают и, следовательно, дипольный момент молекулы р равен нулю. Молекулы таких диэлектриков называются неполярными. Под действием внешнего электрического поля заряды неполярных молекул смещаются в противоположные стороны (положительные по полю, отрицательные против поля), и молекула приобретает дипольный момент.

Вторую группу диэлектриков (Н20, NH3, S02, СО, ...) составляют вещества, молекулы которых имеют асимметричное строение, т. е. центры положительных и отрицательных зарядов не совпадают. Таким образом, эти молекулы в отсутствие внешнего электрического поля обладают дипольным моментом. Молекулы таких диэлектриков называются полярными. При отсутствии внешнего поля дипольные моменты полярных молекул вследствие теплового движения ориентированы в пространстве хаотично и их результирующий момент равен нулю. Если такой диэлектрик поместить во внешнее поле, то силы, действующие со стороны поля, будут стремиться повернуть диполи вдоль поля и возникает отличный от нуля результирующий момент.

Таким образом, внесение диэлектриков обеих групп во внешнее электрическое поле приводит к возникновению отличного от нуля результирующего электрического момента диэлектрика. Поляризация диэлектрика — это процесс ориентации диполей или появления под воздействием электрического поля ориентированных по полю диполей.

Внесем пластинку из однородного диэлектрика в однородное электрическое поле, создаваемое двумя разноименно заряженными плоскостями (рис. 251). Под действием поля диэлектрик поляризуется. В результате этого на правой грани диэлектрика, обращенного к отрицательной плоскости, будет избыток положительного заряда с поверхностной плотностью + о', на левой — отрицательного заряда с поверхностной плотностью - а'.

Рис. 251

Эти некомпенсированные заряды, появляющиеся в результате поляризации диэлектрика, называются связанными. Так как их поверхностная плотность o' меньше плотности о свободных зарядов плоскостей, то не все внешнее поле компенсируется полем зарядов диэлектрика: часть линий напряженности пройдет сквозь диэлектрик, другая же часть — обрывается на связанных зарядах. Следовательно, поляризация диэлектрика приводит к уменьшению в нем поля по сравнению с первоначальным внешним полем.

Таким образом, появление связанных зарядов приводит к возникновению дополнительного электрического поля (поля, создаваемого связанными зарядами), которое направлено против внешнего поля (поля, создаваемого свободными зарядами) и ослабляет его.

Если Е0 — напряженность электрического поля в вакууме, Е — напряженность поля в диэлектрике, то отношение

показывает, что напряженность поля в диэлектрике в е раз меньше, чем в вакууме (сравни с формулой (2) п. 8.2).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >