неоднорідне поле

Потенційна енергія диполя у зовнішньому полі. Для визначення константи треба прийняти деякий стан диполя за нульове (яке хочеш). Дужки у формулі - скалярний твір зазначених векторів.

Всі речовини складаються з нейтральних атомів або молекул. І в атомі, і в молекулі порівну негативно заряджених частинок (електронів) і позитивно заряджених ядер. У тих речовинах, які утворюють металеві кристали,

від кожного атома (або молекули) відриваються по 1-2 електрона, атоми стають іонами, утворюючи кристалічну решітку, а електрони вільно переміщаються по всьому кристалу. Ці електрони називають вільними зарядами. Такі речовини називають металевими провідниками. вони добре проводять електричний струм. [13] Інші тверді речовини утворюються з нейтральних молекул, вони практично не проводять електричний струм і їх називають діелектриками (а в електротехніці - ізоляторами). Молекули, особливо багатоатомні, мають складну будову: ядра атомів в даній молекулі коливаються на певних рівноважних відстанях один від одного, навколо них рухається велика частина «своїх» електронів, а частина електронів стають «загальними», і рухаються навколо всіх ядер даної молекули. Ці загальні електрони як-би цементують атоми, і утворюється молекула. Всі види молекул, з яких складаються діелектрики, можна віднести до двох типів: полярні молекули і неполярні молекули. У неполярних молекул центри тяжкості негативних і позитивних зарядів збігаються. У полярних - ці центри зміщені відносно один одного, і полярна молекула являє собою диполь. Прикладом полярної молекули є молекула води (див. Рис.).

Якщо діелектрик внести в зовнішнє електричне поле, на його поверхнях з'являються заряди. Це явище називається поляризацією діелектриків. а самі заряди називаються пов'язаними. так як вони можуть зміщуватися тільки в межах самої молекули. При знятті зовнішнього поля поляризація практично миттєво зникає. Залежно від того, з якого типу молекул складається діелектрик розрізняють наступні типи поляризації.

1) Деформаційна (електронна) поляризація спостерігається для речовин з неполярними молекулами. При внесенні такого діелектрика в зовнішнє електричне поле, його молекули розтягуються і утворюють диполь з дипольним моментом рел. При не дуже сильних зовнішніх полях рел виявляється пропорційним напруженості поля Е. рел

Е і можна записати:

індукований дипольний момент однієї молекули неполярного діелектрика

a - коефіцієнт поляризуемости (поляризованість) молекули

Прикладами речовин, для яких спостерігається деформационная поляризація, є: водень Н2. парафін, ССl4 і ін.

2) Ориентационная (дипольна) поляризація спостерігається для речовин з полярними молекулами. На рис. полярні молекули символічно показані у вигляді диполів. При відсутності зовнішнього поля молекули орієнтовані хаотично. У зовнішньому полі молекули-диполі прагнуть орієнтуватися по полю, але їм «заважає» тепловий рух, тому суворої орієнтації не відбувається, але тим не менше на поверхнях діелектрика з'являються пов'язані заряди з поверхневою щільністю s ¢ зв. Середній дипольний момент молекул áр ñ через вплив теплового руху виявляється не рівним власним дипольному моменту молекули р0. Для не надто сильних зовнішніх полів розрахунки дають формулу:

середній дипольний момент однієї полярної молекули

в зовнішньому електричному полі

р0-власний дипольний момент молекули

До речовин з полярними молекулами відносяться вода, HCl, NH3, CO та ін.

3) Існує ще один тип поляризації діелектриків - іонна поляризація. Наприклад, кристал NaCl є всунути один в одного решітки з позитивних і негативних іонів. Під впливом зовнішнього електричного поля відбувається зміщення однієї кристалічної решітки щодо іншої. Ми не будемо детально розглядати цей тип поляризації.

Характеристики електричного поля в діелектриках і їх діелектричних властивостей.

Поляризація діелектриків характеризується фізичною величиною, званої вектором поляризації (Р):

Тут: pi - дипольний момент молекули, V - об'єм діелектрика. Вектор поляризації за змістом є векторною суму дипольних моментів всіх молекул в одиниці об'єму діелектрика.

Знайдемо зв'язок величини вектора поляризації Р з поверхневою щільністю пов'язаних зарядів s ¢ зв. Нехай шматок діелектрика в формі паралелепіпеда з бічною поверхнею S і довжиною L поміщений під зовнішнє поле з напруженістю Е. (див. Рис.). На його поверхні утворюються пов'язані заряди.