Вектор поляризации

Поляризационные (связанные) заряды

1. Диэлектрики – электрически нейтральные вещества, состоящие из атомов и молекул, которые можно представить в виде системы электрических зарядов, локализованных на атомах и молекулах. Если в молекуле заменить систему положительных зарядов суммарным зарядом, расположенным в центре тяжести положительных зарядов, а систему отрицательных зарядов суммарным зарядом, расположенным в центре тяжести отрицательных зарядов, то мы можем представить молекулу в виде диполя.

В отсутствие внешнего электрического поля все диэлектрики делятся на три группы:
1. неполярные диэлектрики – вещества с симметричным строением, у которых центры тяжести положительных и отрицательных зарядов совпадают. Дипольный момент таких диэлектриков равен нулю.

2. полярные диэлектрики – вещества, в которых молекулы имеют асимметричное строение и центры тяжести положительных и отрицательных зарядов находятся на некотором расстоянии друг от друга. Молекулы таких веществ обладают дипольным моментом, но тепловое движение ориентирует дипольные моменты таких молекул в пространстве хаотично и результирующий момент равен нулю.

3. ионные кристаллы – вещества с упорядоченным расположением ионов в пространстве в виде кристаллической решетки. В таких веществах положительные и отрицательные ионы чередуются и результирующий момент равен нулю.

Вектор поляризации

Помещение диэлектрика в электрическое поле вызывает его поляризацию – возникновение отличного от нуля результирующего дипольного момента p_V.

где p_i – дипольный момент одной молекулы. Для количественной оценки поляризации диэлектрика используют векторную величину –поляризованность :

которая для большинства веществ линейно зависит от напряженности внешнего электрического поля

где χ – диэлектрическая восприимчивость вещества. С увеличением напряженности внешнего поля и уменьшением температуры диэлектрическая восприимчивость возрастает.

Природа поляризации диэлектрика зависит от строения диэлектрика:

а ) в неполярных диэлектриках электрическое поле приводит к деформационному нарушению симметрии молекул. В результате этого центры тяжести положительных и отрицательных зарядов сдвигаются друг относительно друга и молекулы приобретают дипольный момент. За счет теплового движения дипольные моменты дезориентированы в пространстве и результирующий момент мал. Такая поляризация называется электронной или деформационной.

б) в полярных диэлектриках внешнее электрическое поле ориентирует дипольные моменты молекул по направлению поля. Вследствие теплового движения при отличных от абсолютного нуля температурах полной ориентации не происходит, но величина результирующего дипольного момента увеличивается с понижением температуры и увеличением напряженности внешнего поля. Такая поляризация называется ориентационной.

в) в ионных кристаллах внешнее электрическое поле приводит к смещению положительных ионов в направлении поля, а отрицательных ионов в противоположном направлении, в результате возникает результирующий дипольный момент. Такая поляризация называется ионной.