Физика диэлектриков. Щербаченко Л.А. - 21 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ИГУ | Иркутск

Составители: 

Рубрика: 

21
бой момент времени расположена
3
1
всех молекул, и при отсутствии поля
повороты, имеющие взаимно противоположное направление, равновероят-
ны. Наложение электрического поля вносит асимметрию в хаотичное рас-
пределение полярных молекул по осям.
Далее процесс можно рассматривать как вполне аналогичный тепло-
вой ионной поляризации.
Слабо связанный ион переходит из одного равновесного положения
в другое, двигаясь поступательно. Слабо связанная полярная молекула пе-
реходит из одного равновесного положения в другое, двигаясь вращатель-
но.
Наложение поля увеличивает число поворотов по направлению поля
и уменьшает число обратных поворотов. В стационарном состоянии при
действии поля большее число диполей оказывается повёрнутым в направ-
лении поля, чем против поля. Ввиду этого диэлектрик приобретает некото-
рый электрический момент единицы объёма.
Если поле направлено вдоль оси
x
, то число молекул, участвующих
в поляризации, равно
3
0
n
(где
0
n – число полярных молекул в
3
1см диэлек-
трика), так как симметрия распределения молекул по двум, другим осям
y
и
z
под действием поля не нарушится.
В положении 1 полярная молекула направлена обратно полю, в по-
ложении 2 она направлена по полю. Наложение поля увеличит потенци-
альную энергию полярной молекулы в положении 1 на E
0
µ
и уменьшит
потенциальную энергию в положении 2 тоже на E
0
µ
.
Изменение потенциальной энергии диполя в равновесном положе-
нии, вызванное действием электрического поля, равно E
E
U
0
0
2
2
µ
µ
==∆ .
Как указывалось, в стационарном состоянии при действии элек-
трического поля число диполей, повёрнутых в направлении поля, будет
превышать число диполей, повёрнутых против поля.
Разность между этими числами диполей даёт некоторый электри-
ческий момент.
Избыточное число диполей нетрудно подсчитать с помощью фор-
мулы (23). Эта формула даёт число частиц, избыточно переброшенных в
направлении поля:
kT
En
Un
n
6
6
000
µ
=
∆
=∆ (26)
Легко видеть, что некомпенсированная составляющая электриче-
ского момента в этом случае будет определяться удвоенным числом избы-
точно переброшенных в направлении поля диполей, т.е. разностью между
числом диполей, направленных по полю, и числом диполей, направленных
против поля. Таким образом,
( )
E
kT
n
nnnI
3
2
2
00
0120
µ
µµ =−=∆= (27)
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
            бой момент времени расположена 1 всех молекул, и при отсутствии поля
                                                             3
            повороты, имеющие взаимно противоположное направление, равновероят-
            ны. Наложение электрического поля вносит асимметрию в хаотичное рас-
            пределение полярных молекул по осям.
                  Далее процесс можно рассматривать как вполне аналогичный тепло-
            вой ионной поляризации.
                  Слабо связанный ион переходит из одного равновесного положения
            в другое, двигаясь поступательно. Слабо связанная полярная молекула пе-
            реходит из одного равновесного положения в другое, двигаясь вращатель-
            но.
                  Наложение поля увеличивает число поворотов по направлению поля
            и уменьшает число обратных поворотов. В стационарном состоянии при
            действии поля большее число диполей оказывается повёрнутым в направ-
            лении поля, чем против поля. Ввиду этого диэлектрик приобретает некото-
            рый электрический момент единицы объёма.
                  Если поле направлено вдоль оси x , то число молекул, участвующих
                                  n0
            в поляризации, равно     (где n0 – число полярных молекул в 1см 3 диэлек-
                                  3
            трика), так как симметрия распределения молекул по двум, другим осям y
            и z под действием поля не нарушится.
                 В положении 1 полярная молекула направлена обратно полю, в по-
            ложении 2 она направлена по полю. Наложение поля увеличит потенци-
            альную энергию полярной молекулы в положении 1 на µ 0 E и уменьшит
            потенциальную энергию в положении 2 тоже на µ 0 E .
                 Изменение потенциальной энергии диполя в равновесном положе-
                                                                                   2µ 0 E
            нии, вызванное действием электрического поля, равно ∆U =                      = µ0 E .
                                                                                     2
                 Как указывалось, в стационарном состоянии при действии элек-
            трического поля число диполей, повёрнутых в направлении поля, будет
            превышать число диполей, повёрнутых против поля.
                 Разность между этими числами диполей даёт некоторый электри-
            ческий момент.
                 Избыточное число диполей нетрудно подсчитать с помощью фор-
            мулы (23). Эта формула даёт число частиц, избыточно переброшенных в
            направлении поля:
                          n0 ∆U n0 µ 0 E
                   ∆n =        =                                                               (26)
                           6kT   6kT
                  Легко видеть, что некомпенсированная составляющая электриче-
            ского момента в этом случае будет определяться удвоенным числом избы-
            точно переброшенных в направлении поля диполей, т.е. разностью между
            числом диполей, направленных по полю, и числом диполей, направленных
            против поля. Таким образом,
                                                 n0 µ 02
                   I = 2∆nµ 0 = (n 2 − n1 )µ 0 =         E                                     (27)
                                                 3kT
                                                                                                     21

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

Страницы