Физика проводников и диэлектриков. Плотников В.П. - 32 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Θ
Θ
d
E
r
p
r
0
2
.
6
.
Р
ис
R
E
p
r
Следует отметить, что в переменных электрических полях поляризация не успевает следовать за
изменением поля, так как смещения зарядов инерционны. В результате между колебаниями векторов
r
и
E
r
появляется разность фаз.
Диэлектрическая проницаемость в этом случае зависит от частоты колебаний
ω
и является ком-
плексной величиной:
)()()( ωε
′′
+
ω
ε
′
=
ω
ε
i . (6.26)
Более подробный анализ зависимости (6.26) выходит за рамки нашего курса.
6.3 МЕХАНИЗМЫ ПОЛЯРИЗАЦИИ В ДИЭЛЕКТРИКАХ
В зависимости от строения атомов или молекул диэлектрика выделяют три механизма поляризации:
дипольная ориентация, электронная поляризуемость и ионная поляризуемость. Рассмотрим данные ме-
ханизмы на атомарном уровне.
6.3.1 Дипольная ориентация
Как было отмечено выше, существуют молекулы, изначально имеющие постоянный дипольный
момент. Это ассиметричные молекулы, у которых центры распределения (тяжести) положительных и
отрицательных зарядов не совпадают, т.е. они эквивалентны электрическому диполю.
Из-за теплового движения дипольные моменты молекул в обычном состоянии ориентированы хао-
тично.
В электрическом поле такие дипольные молекулы поворачиваются
под действием возникающего вращающего момента пары сил, и их
моменты ориентируются по полю. Этот процесс принято называть
дипольной ориентацией или параэлектрической восприимчивостью.
Описанная ситуация скорее характерна для газов и отдельных
молекул. В кристаллическом теле молекулы взаимосвязаны между собой
и свободного их поворота быть не мо- жет. Поворот происходит
скачкообразно от одних стабильных положений к другим. Однако
приближение свободного поворота широко используется в описании
параэлектрических и парамагнитных явлений.
В процессе поляризации полярных диэлектриков происходят два
противоборствующих процесса – ориентация диполей силами электрического поля и разориентация за
счет хаотического теплового движения и столкновения молекул между собой.
На рис. 6.2 в объеме диэлектрика выделена сфера радиуса R и построены два конуса с образующи-
ми, составляющими с вектором электрического поля
E
r
углы
Θ
и
Θ
+
Θ
d . Эти конусы вырезают на сфе-
ре кольцо шириной
ΘRd
и площадью
ΘΘπ=ΘΘπ= dRRdRdS sin2sin2
2
. (6.27)
При отсутствии электрического поля направления всех векторов поляризации отдельных молекул p
r
равновероятны. Тогда число молекул
dn
в единице объема, чьи векторы поляризации оканчиваются в
пределах выделенного кольца, будет пропорционально площади этого кольца:
ΘΘ
=
dCdn sin , (6.28)
где С – некоторая постоянная, в которую вошло и выражение
2
2 Rπ из (6.27).
Под действием электрического поля (в общем случае любого силового поля) распределение (6.28)
изменяется в соответствии с теоремой Больцмана из классической статистики в
−
kT
U
exp раз, где
−
U
потенциальная энергия молекулы в данном поле.
В соответствии с известным из электростатики выражением, потенциальная энергия диполя в элек-
трическом поле равна
Θ
−
=
cospEU . (6.29)
Рис. 6.2

Страницы