Электрический дипольный момент электричекски нейтральной системы зарядов. Полярные и неполярные диэлектрики, их поляризация в электр. поле. Вектор поляризации

Диполем называется система двух разноименных зарядов одинаковых по величине +q и –q, расстояние l между которыми значительно меньше расстояния до тех точек системы, в которых определяется поле системы. Прямая, проходящая через оба заряда, называется осью диполя.

Вычислим потенциал поля диполя. Поле диполя обладает осевой симметрией. Поэтому поле в любой точке плоскости, проходящей через ось диполя будет одним и тем же и Е будет лежать в этой плоскости. Положение точки поля будем характеризовать радиус-вектором r и углом θ в полярных координатах. Введем вектор l от отрицательного заряда к положительному. Положение зарядов от центра диполя будем определять вектором а l=2a. Расстояние от точки до зарядов обозначим векторами r+,r-.

Потенциал в точке . Произведение можно заменить , разность . След. , т.к .

, p =q l – характеристика диполя – электрический момент

Вектор р направлен по оси диполя от отрицательного заряда к положительному.

Из формулы след., что поле диполя определяется его электрическим моментом р.

Потенциал диполя убывает быстрее с расстоянием как 1/r².

Напряженность поля диполя

Положив θ=0, получим напряженность поля на оси диполя

направлен по оси диполя.

Положив θ=π/.2, получим напряженность поля на оси диполя

параллелен оси диполя.

Характерным для напряженности поля является то обстоятельство, что она убывает с расстоянием от диполя как , т.е. быстрее чем напряженность поля точечного заряда.

Полярные и неполярные диэлектрики.

Диэлектриками (изолятора ми) называются вещества, не способные проводить электрический ток. Все вещества могут проводить ток, однако вещества, проводящие ток в 10¹⁵ -10²⁰ раз хуже, чем проводники, наз. диэлектриками.

Всякая молекула представляет собой систему зарядов, причем суммарный заряд молекулы равен нулю, молекула нейтральна. Поле, создаваемое такой системой, определяется величиной и ориентацией дипольного электрического момента . Электроны в молекуле все время движутся, но эти скорости так велики, что практически обнаруживается среднее по времени значение дипольного момента .

Поведение молекулы во внешнем электрическом поле определяется также ее дипольным моментом . Т. о. молекула как в отношении создаваемого ей поля, так и в отношении испытываемых ее во внешнем поле сил эквивалентна диполю. Положительный заряд этого диполя равен суммарному заряду ядер и помещается в центр тяжести положительных зарядов, отрицательный заряд равен суммарному заряду электронов и помещается в центр тяжести отрицательных зарядов.

У симметричных молекул () в отсутствии внешнего поля центры тяжести положительных и отрицательных зарядов совпадают.

Такие молекулы не обладают собственным дипольным моментом и называются неполярными. У несимметричных молекул ( и т.п.) центры тяжести зарядов разных знаков сдвинуты друг относительно друга. В этом случае молекулы обладают собственным дипольным моментом и назыв. полярными.

Под действием внешнего поля заряды в неполярной молекуле смещаются друг относительно друга: положительные по направлению поля, отрицательные против поля. В результате молекула приобретает дипольный момент.

Если ввести величину β – поляризуемость молекулы и учесть, что направления р и Е можно записать . Дипольный момент имеет размерность Кл L

Размерность , поэтому размерность поляризуемости .

Поляризация диэлектриков.

В отсутствие внешнего поля дипольные моменты диэлектрика либо равны нулю (неполярные молекулы), либо распределены по направлениям в пространстве хаотическим образом (полярные молекулы). В обоих случаях суммарный дипольный момент равен нулю.

Под действием внешнего поля диэлектрик поляризуется, т.е результирующий дипольный момент диэлектрика становится отличным от нуля. В качестве величины, характеризующей степень поляризации диэлектрика берут дипольный момент единицы объема. Если поле или диэлектрик (или они оба) неоднородны, степень поляризации в разных точках различен. Чтобы охарактеризовать поляризацию в данной точке, нужно выделить заключающий в себе эту точку физически малый объем , и найти сумму моментов заключенных в этом объеме молекул и взять отношение .

Векторная величина называется поляризованностью диэлектрика. Дипольный момент имеет размерность . След. размерность - .

У изотропных диэлектриков любого типа поляризованность связана с напряженностью поля в той же точке простым соотношением , где не зависящая от величина, называемая диэлектрической проницаемостью диэлектрика, является безразмерной. Для неполярных диэлектриков также справедлива эта формула.

В случае полярных диэлектриков, ориентирующему действию внешнего поля противостоит тепловое движение молекул, которое стремится разбросать их дипольные моменты по всем направлениям. В результате устанавливается некоторая преимущественная ориентация дипольных моментов молекул в направлении поля. Поляризованность пропорциональна напряженности поля, т.е. соответствует формуле (выше). Диэлектрическая восприимчивость таких диэлектриков обратно пропорциональна абсолютной температуре.