A dielektrikumok típusai
A külső elektromos térben elhelyezett dielektrikum polarizálásnak vethető alá ezen a területen. A dielektrikum polarizációja egy nemzero makroszkopikus dipólus pillanat megszerzésének folyamata.
A dielektrikum polarizációjának mértéke vektor-mennyiség, amelyet polarizációnak vagy polarizációs vektornak (P) nevezünk. A polarizáció a dielektrikum egységnyi térfogatának elektromos momentuma
,
ahol N a térfogatban lévő molekulák száma. A P polarizációt gyakran polarizációnak nevezik, ami azt jelenti, hogy ez a folyamat mennyiségi mérése.
A dielektrikában az alábbi polarizációs típusokat különböztetjük meg: elektronikus, orientációs és rács (ionos kristályok esetén).
Az elektronikus típusú polarizáció a nem poláros molekulákkal rendelkező dielektrikumokra jellemző. Egy külső elektromos mező (ábra. 2.1) a pozitív töltés a molekulán belüli tolódnak felé mezőt, és negatív az ellenkező irányba, miáltal a molekulák szert dipólus momentum mentén irányul külső területén
A molekula indukált dipólus pillanata arányos a külső elektromos tér erősségével. hol van a molekula polarizálhatósága. Ebben az esetben a polarizáció értéke. ahol n a molekulák koncentrációja; - a molekula indukált dipólus pillanata, amely minden molekulához azonos, és amelynek iránya egybeesik a külső tér irányával.
A polarizáció orientációs típusa jellemző a poláris dielektrikumokra. Külső elektromos mező hiányában a molekuláris dipólusok véletlenszerűen orientálódnak, így a dielektrikum makroszkopikus villamos nyomatéka nulla.
Ha egy ilyen dielektrikum külső elektromos mezőbe kerül, akkor az erőperiódus (2.2. Ábra) a molekula-dipólusra hat, ami a dipólus pillanatát a térerősség irányába orientálja. A teljes tájolás azonban nem fordul elő, mivel a termikus mozgás egy külső elektromos mező hatását pusztítja el.
Ezt a polarizációt orientációsnak nevezik. A polarizáció ebben az esetben. ahol
- a molekula dipólus pillanatának komponensének átlagos értéke a külső mező irányában.
A polarizáció rácsos típusa az ionos kristályokra jellemző. Ionos kristályok (NaCl, stb) hiányában egy külső mező dipólmomentum minden egyes egység cella egyenlő nullával (ábra. 2.3.a) hatása alatt a külső villamos tér pozitív és negatív ionok vannak tolva ellentétes irányban (ábra. 2.3.b) . A kristály minden sejtje dipolká válik, a kristály polarizálódik. Az ilyen polarizációt rácsos polarizációnak nevezik. Ebben az esetben a polarizáció is meghatározható. ahol az egységcella dipólus pillanatának értéke, n az egységnyi térfogatú sejtek száma.
Az izotróp dielektrikumok bármilyen polarizációja a relációhoz viszonyítva a térerősséghez kapcsolódik. ahol a dielektrikum dielektromos érzékenysége.
A tapasztalatokból ismert, hogy a dielektrikumok nagy csoportja (a ferroelektrics kivételével lásd alább) a P polaritása az E térerősségtől függ. Ha a dielektrikum izotrop, és E nem numerikusan túl nagy, akkor
ahol # 952; Az anyag dielektromos érzékenysége. jellemzi a dielektrikum tulajdonságait; # 952; Dimenziómentes mennyiség; sőt, mindig # 952;> 0 és a legtöbb dielektrikum (folyadék és szilárd) több egység (például alkohol) # 952, ≈ 25, vízhez # 952; ≈80).
Ahhoz, hogy meghatározzuk a kvantitatív minták az elektromos mezőt a dielektromos put egységes külső villamos tér E0 (például, két ellentétes töltésű végtelen párhuzamos síkokban) egy homogén dielektrikum, elhelyezése ábrán látható. 1. A mező hatása alatt a dielektrikum polarizált, vagyis a töltések eltolódnak: pozitív eltolódások a mező irányában, negatívak - a mező irányával szemben. Ennek eredményeként, a jobb oldalon a dielektrikum, amely szembenéz a negatív sík feleslegben pozitív töltés a felületi tömege 963 + #; „a bal oldalon - egy felületi negatív töltéssűrűség - # 963;”. Ezeket a kompenzálatlan tölteteket, amelyek a dielektrikum polarizációjának eredményeképpen jelennek meg, úgy nevezik kötöttnek. Mivel a felület sűrűsége # 963; ' kevesebb sűrűség # 963; akkor az összes E mezőt nem minden dielektromos töltési mező kompenzálja: a feszültség néhány vonala áthalad a dielektrikán, míg a másik rész megköti a megkötött töltéseket. Ezért a dielektrikum polarizációja a mezőt az eredeti külső mezőhöz képest csökkenti. A dielektrikumon kívül E = E0.
1. ábra
Ennélfogva, az esemény a kötött díjak vezet egy további elektromos mező E „(mező, amely jön létre a kötött díjak) ellen irányul a külső terület E0 (mező, amely jön létre a szabad töltések), és csökkenti azt. A kapott mező a dielektrikum belsejében
E 'mező = # 963;' / # 949; 0 (a mező két végtelenített sík által létrehozott mező)
(3)
Lássuk a megkötött töltések felületi sűrűségét # 963; '. Az (1) szerint a dielektromos lemez teljes dipólus pillanata pV = PV = PSd, ahol d a lemez vastagsága, és S az arca területe. Másrészről a teljes dipólus pillanat megegyezik az egyes Q '= # 963; "S" kötések töltetének termékével, a d távolság között, vagyis pV = # 963; Ezért PSd = # 963; "Sd, vagy
(4)
vagyis a kötött töltések felületi sűrűségét # 963; ' egyenlő a P. polarizációjával. A (4) és (2) kifejezést a (3) képletbe helyezzük
ahol a dielektrikumon belül a kapott mező intenzitása
(5)
A dimenzió nélküli mennyiség
(6)
a médium permittivitása. Összehasonlítva (5) és (6), azt a következtetést vonhatjuk le # 949; azt mutatja, hogy a mezőt hányszor egy dielektrikum gyengíti, és kvantitatívan jellemzi a dielektrikum tulajdonságát polarizálásra egy elektromos mezőben.