Электрический диполь . Типы диэлектриков. Поляризация. Электрический диполь

Электрический диполь . Типы диэлектриков. Поляризация. Электрический диполь – система 2-х равных по модулю разноименных точечных зарядов, расстояние между которыми значительно меньше расстояния до рассматриваемых точек поля. Вектор направленный по оси диполя от –q к +q, равный расстоянию между ними, называется плечом диполя.

Существует 3 типа диэлектриков: 1)Вещества, молекулы которых имеют симметричное строение, центры тяжести «+» и «-» зарядов у таких веществ в отсутствии внешнего электрического поля совпадают. Дипольный момент таких молекул=0. Молекулы таких диэлектриков называется неполярными.

2) Вещества, молекулы которых имеют ассиметричное строение, т.е. центры тяжести «+q» и «-q» не совпадают в отсутствии внешнего электрического поля, такие молекулы обладают дипольным моментом. Р≠0 Молекулы таких диэлектриков называются – полярными.

3)Вещества, молекулы которых имеют ионное строение NaCl, KCl (кристаллы) . Ионные кристаллы – пространственные решетки с правильным чередованием ионов разных знаков, в этих кристаллах нельзя выделить отдельные молекулы, а рассматривать их можно, как систему вдвинутых друг в друга подрешеток.

2) Дипольная поляризация молекул В отсутствии внешнего электрического поля, дипольные моменты отдельных молекул в следствие теплового движения ориентированы хаотично и результирующий дипольный момент равен 0.

Поляризация диэлектриков Поляризацией диэлектрика – называется процесс ориентации диполей или появление под действием электрического поля ориентированных по полю диполей. Существует 3 типа поляризации: 1) Электронная или деформационная поляризация диэлектрика с неполярными молекулами. Под действием внешнего электрического поля «+» заряды смешаются по полю «-» против поля и молекулы приобретают дипольный момент P. Внешнее электрическое поле, деформирует электронные оболочки молекул, и смещает их центры в направлении противоположном полю. Там где линии напряженности входят в диэлектрик появляются «-» заряды, где выходят «+» заряды.

Упрощенная модель поляризации атомов водорода (электронная поляризация)

В результате совместного действия электрического и теплового движения, возникает преимущественная ориентация дипольных моментов по полю. 2)Ионная поляризация диэлектриков для молекул с ионным строением. При наложении на такой кристалл электрического поля возникает смещение подрешетки положительных ионов вдоль поля, отрицательных против поля, что приводит к возникновению дипольных моментов.

3)Ориентационная поляризация диэлектриков.

Т.к. в смежных доменах направления векторов поляризованности различны, в целом дипольный момент диэлектрика равен 0. При внесении сегнетоэлектрика во внешнее поле происходит переориентация дипольных моментов домена по полю.

Сегнетоэлектрики Это диэлектрики, обладающие в определенном интервале температур, спонтанной поляризованностью в отсутствии внешнего электрического поля. В отсутствии внешнего поля сегнетоэлектрик представляет собой мозаику из доменов. Домены – области с различными направлениями поляризованности.

Порошковые фигуры на поверхности кристалла кремнистого железа; видны границы доменов в объёме образца и замыкающих доменов у его поверхности. Стрелками показано направление намагниченности доменов

Свойства сегнетоэлектриков 1) Для сегнетоэлектриков диэлектрическая восприимчивость и проницаемость зависят от напряженности поля в веществе, в то время как для других диэлектриков эти величины являются характеристикой вещества. 2) Для сегнетоэлектриков характерно явление гистеризиса (запаздывание).

С увеличением внешнего поля поляризованность изменяется по кривой 1, достигая насыщения, с уменьшением поля поляризованность уменьшается, но идет по кривой 2, и при E=0 остается остаточная поляризованность . Чтобы уничтожить ее , нужно приложить поле обратного направления. Величина поля = Ec – коэрцитивная сила. Если изменять поле дальше, то вектор поляризованности будет меняться по кривой 3.

3) Для каждого сегнетоэлектрика существует температура Кюри, выше которой сегнетоэлектрик теряет свои необычные свойства и превращается в диэлектрик. Кроме сегнетоэлектриков большое применение в технике нашли пьезокристаллы. В пьезокристаллах существенен пьезоэлектрический эффект: Поляризация диэлектрика сопровождается их деформации в направлении приложенного электрического поля. На этом эффекте основан метод получения ультразвука.

Наглядная иллюстрация принципа вырабатывания электричества пьезоэлектриком при деформации (пьезоэлектрического эффекта)