При внесении диэлектрика во внешнее электрическое поле происходит поляризация диэлектрика, состоящая в том, что в любом макроскопическом малом его объеме возникает отличный от нуля суммарный дипольный электрический момент молекул. Диэлектрик, находящийся в таком состоянии, называется поляризованным.
В зависимости от строения молекул (атомов) диэлектрика различают три типа поляризации: ориентационную,электронную и ионную.
Ориентационная поляризациянаблюдается у полярных диэлектриков. Внешнее электрическое поле стремится ориентировать дипольные моменты полярных молекул ― жестких диполей по направлению вектора напряженности поля.Этому препятствует хаотичное движение молекул, вызывающее беспорядочный разброс диполей. В итоге совместного действия поля и теплового движения возникает преимущественная ориентация дипольных электрических моментов вдоль поля, возрастающая с увеличением напряженности электрического поля и с уменьшением температуры.
|
|
Электронная (деформационная) поляризация осуществляется у неполярных диэлектриков. Под действием внешнего электрического поля у молекул диэлектриков этого типа возникают индуцированные дипольные моменты за счет деформации электронных орбит, направленных вдоль поля, т.е. по направлению вектора .
(2)
где ―поляризуемость молекулы (атома) и R – радиус молекулы.
Ионная поляризация происходит в твердых диэлектриках, имеющих ионную кристаллическую решетку. Внешнее электрическое поле вызывает в таких диэлектриках смещение всех положительных ионов в направлении напряженности поля, а всех отрицательных ионов ― в противоположную сторону.
Количественной мерой поляризации диэлектрика служит вектор ,называемый поляризованностью (вектором поляризации)диэлектрика и определяемый дипольным моментом единицы объема диэлектрика
, (3)
где ―дипольный момент одной молекулы, ― общее число молекул в объеме .
Поляризованность неполярного диэлектрика.В пределах малого объема все молекулы неполярного диэлектрика приобретают в электрическом поле одинаковые индуцированные электрические моменты . Поэтому поляризованность неполярного диэлектрика в электрическом поле с напряженностью равна
, (4)
где ― концентрация молекул. Используя формулу (2), получаем
, (5)
где ―безразмерная величина, называемая диэлектрической восприимчивостью неполярного диэлектрика (), которая характеризует свойства диэлектрика.
Поляризованность полярного диэлектрика.Поляризованность полярногодиэлектрика
|
|
, (6)
где ―среднее значение вектора дипольного момента для всех молекул, содержащихся в объеме диэлектрика. Векторы молекул ― жестких диполей ― одинаковы по модулю и различаются только ориентациями в поле.
Можно показать, что при поляризации полярных диэлектриков в слабых электрических полях,напряженность которых удовлетворяет условию Е<<kT/ ,
. (7)
Следовательно, поляризованность полярного диэлектрика в слабых полях можно найти по формуле (5), полагая диэлектрическую восприимчивостьполярного диэлектрика равной
. (8)
Эта формула для называетсяформулой Дебая―Ланжевена.