Статью подготовили специалисты образовательного сервиса Zaochnik.
Неполярные диэлектрики
Содержание:
- 06 мая 2023
- 6 минут
- 306
Молекула является системой, состоящей из положительных и отрицательных зарядов. При перемещении диэлектрика в электрическое поле, он вызывает смещение зарядов в молекуле, тем самым создает дипольный момент.
Коэффициент поляризуемости молекулы
Существуют вещества, в состав которых входят незаряженные атомы, как у молекулы водорода. Такую неполярную молекулу при отсутствии действия внешнего поля можно сравнить с двумя равномерно заряженными сферами с совпадающими центрами.
Поле равномерно заряженной сферы во внешнем пространстве аналогично полю точечного заряда с той же величиной, что и заряд сферы, перемещенный в ее центр. Электрический момент такой молекулы равняется нулю. При попадании в электрическое поле заряды начинают смещение относительно друг друга в противоположные стороны. Молекула вызывает электрическое поле, совпадающее с полем диполя. У такого диполя каждый из точечных зарядов равняется заряду сферы, а его плечо – расстоянию между центрами сфер.
Смещение зарядов в слабых полях считается пропорциональным напряженности внешнего электрического поля. Дипольный момент молекулы равняется:
с в качестве напряженности поля, действующего на молекулу (в жидкостях и газах , считается средним макроскопическим полем). Будет рассмотрен газ, в котором - это коэффициент поляризуемости молекулы, зависящий от строения молекулы.
Если дано, что неполярный диэлектрик находится во внешнем поле, причем локальное равняется среднему полю внутри диэлектрика , то каждая из молекул обладает дипольным моментом , который выражается через формулу . Вектор поляризованности имеет вид:
с в качестве концентрации молекул диэлектрика. Вектор электрического смещения находится из формулы:
.
Если диэлектрик изотопный, то
.
Отсюда .
Применение уравнения говорит о связи диэлектрической проницаемости с концентрацией молекул в диэлектрике и поляризуемостью молекул. Оно приближенное, так как считалось, что электрическое поле, вызывающее смещение зарядов в молекуле, равняется среднему полю в диэлектрике, это не является верным. Среднее поле способно учитывать действие всех зарядов, поле выражает их действие кроме рассматриваемой молекулы.
Напряженность локального поля
Для получения выражения диэлектрической проницаемости для плотных диэлектриков, следует произвести нахождение напряженности локального поля . Задача нетривиальна, так как поле зависит от внутренней структуры диэлектрика. Кристаллы с кубической решеткой по модели Лоренца говорит о том, что:
. учитывается в качестве вектора поляризованности кристалла. Формула приближенно применима для неполярных жидкостей и газов с хаотично располагаемыми молекулами.
Формула позволяет вычислять поляризованность плотных диэлектриков. Отсюда вектор поляризованности :
.
Для вычисления вектора смещения применяют первую часть выражения :
.
Формула Клаузиуса-Моссотти
Для изотропного диэлектрика , поэтому из формулы выше следует:
Это было подтверждено опытным путем. Если , то не зависит от температуры, так как находится в зависимости от строения молекулы.
Навигация по статьям