1.15 Электростатическое поле в диэлектрической среде
Диэлектриками называются вещества, которые при обычных условиях практически не проводят электрический ток.
Диэлектрик, как и всякое другое вещество, состоит из атомов или молекул, каждая из которых в целом электрически нейтральна.
Молекулы можно рассматривать как электрические диполи с электрическим моментом. Для этого нужно заменить положительные заряды ядер молекул суммарным зарядом $+q$, который будет находится в ‘‘центре тяжести’’ положительных зарядов, а заряд всех электронов − суммарным отрицательным зарядом $-q$ в ‘‘центре тяжести’’ отрицательных зарядов.
Здесь под ‘‘центром тяжести зарядов’’ мы понимаем условную точку расположения суммарного заряда. Радиус-вектор центра тяжести положительных зарядов определяется как: \[ \vec{r_+} = \dfrac{\sum q_{i+} \vec{r_{i+}} }{q_+} \] Радиус-вектор центра тяжести отрицательных зарядов: \[ \vec{r_-} = \dfrac{\sum q_{i-} \vec{r_{i-}} }{q_-} \]
Три типа диэлектриков.
Диэлектрики с неполярными молекулами. Неполярными называются молекулы, которые имеют симметричное строение, поэтому в отсутствие внешнего электрического поля у неполярной молекулы центр тяжести положительного заряда совпадает с центром тяжести отрицательного заряда, из-за чего дипольный момент в отсутствии внешнего поля равен нулю. (например молекулы $N_2, H_2, O_2, CO_2$ см. рис. 26.a)
Диэлектрики с полярными молекулами. Полярными называются молекулы, имеющие асимметричное строение. Для полярной молекулы центр тяжести положительных зарядов не совпадает с центром тяжести отрицательных зарядов, поэтому полярные молекулы обладают собственным, ненулевым дипольным моментом. (например $H_2 O, NH_3, SO_2, CO$ см. рис. 26.b)
- Ионные диэлектрики (например, $NaCl, KCl$ см. рис. 26.c). Являются ионными кристаллами, представляющими собой кристаллические решётки с правильным чередованием ионов разных знаков.
Во внешнем электрическом поле молекулы любого диэлектрика имеют дипольный момент, направленный вдоль силовых линий.
Поляризацией диэлектрика называется процесс ориентации (поворота) диполей или появления под воздействием электрического поля ориентированных по полю диполей. Соответственно трём типам диэлектриков различают три типа поляризации.
Типы поляризации.
Электронная (деформационная) поляризация диэлектрика с неполярными молекулами − дипольный момент возникает за счёт деформации электронных оболочек атомов или молекул диэлектрика. Деформация вызвана тем, что внешнее поле как-бы вытягивает атом или молекулу, тянет положительно заряженную часть вперёд по линии напряжённости, а отрицательно заряженную часть назад. (см. рис. 28.a)
Дипольная (ориентационная) поляризация диэлектрика с полярными молекулами − ориентация (поворот) имеющихся дипольных моментов молекул вдоль линий напряжённости внешнего поля, эта ориентация тем сильнее, чем больше напряжённость электрического поля и чем ниже температура. (см. рис. 27 )
Ионная поляризация диэлектрика с ионными кристаллическими решётками − сдвиг положительных ионов вдоль поля, вперёд по линиям напряжённости, а отрицательных ионов назад, приводит к возникновению дипольных моментов. (см. рис. 28.b )
