Молекулы диэлектриков по своим электрическим свойствам эквивалентны электрическим диполям и могут обладать электрическим моментом.
(2.1)
где q – абсолютная величина суммарного заряда одного знака в молекуле (т.е. заряда всех ядер или всех электронов); - вектор, проведенный из “центра тяжести” отрицательных зарядов электронов в “центр тяжести” положительных зарядов ядер (плечо диполя).
Поляризация диэлектриков обычно описывается на основе представлений о жестких и индуцированных диполях. Внешнее электрическое поле либо упорядочивает ориентацию жестких диполей (ориентационная поляризация в диэлектриках с полярными молекулами), либо приводит к появлению полностью упорядоченных индуцированных диполей (поляризация электронного и ионного смещения в диэлектриках с неполярными молекулами и в ионных диэлектриках) – см. лабораторную работу 2-01. Во всех этих случаях диэлектрики поляризуются.
Поляризация диэлектрика заключается в том, что под действием внешнего электрического поля суммарный электрический момент молекул диэлектрика становится отличным от нуля.
|
|
Количественной характеристикой поляризации диэлектрика служит вектор поляризованности (или вектор поляризации), который равен электрическому моменту единицы объема диэлектрика:
, (2.2)
где - векторная сумма дипольных электрических моментов всех молекул диэлектрика в малом объеме Δ V.
У изотропных диэлектриков поляризованность связана с напряженностью электрического поля в той же точке соотношением
(2.3)
где - коэффициент, не зависящий в первом приближении от Е и называемый диэлектрической восприимчивостью вещества; ε0 = 8,85∙10-12 Ф/м – электрическая постоянная.
Для описания электрического поля в диэлектриках, кроме напряженности и поляризованности , используют вектор электрического смещения , определяемый равенством:
(2.4)
С учетом (2.3) вектор смещения можно представить в виде:
, (2.5)
где – безразмерная величина, называемая диэлектрической проницаемостью среды. Для всех диэлектриков > 0, а ε > 1.
Сегнетоэлектрики представляют собой особую группу кристаллических диэлектриков, обладающих в отсутствие внешнего электрического поля в определенном интервале температур и давлений спонтанной (самопроизвольной) поляризацией, направление которой может быть изменено электрическим полем и в ряде случаев механическими напряжениями.
|
|
В отличие от обычных диэлектриков сегнетоэлектрики обладают рядом характерных свойств:
1. Сегнетоэлектрики характеризуются очень высокими значениями диэлектрической проницаемости . Она может достигать величин порядка 103¸106. Например, диэлектрическая проницаемость сегнетовой соли NaKC4H4O6∙4H2О при комнатной температуре (~200 С) близка к 10000.