Зависимость вектора поляризации от электрического поля в диэлектрике

В простейшем случае для однородных диэлектриков и малых значений имеет место линейная (прямо пропорциональная) зависимость по полю

,

где , электрическая постоянная.

Для больших значений и небольших T имеет место явление насыщения для полярных молекул, т. е. достижения максимально возможного значения вектора поляризации, когда все молекулы повернуты своими дипольными моментами строго по полю. Для неполярных молекул явления насыщения нет. Насыщение для сегнетоэлектрика много больше, чем для полярных молекул.

2 – сегнетоэлектрики

3 - полярные диэлектрики

4 - неполярные диэлектрики

1 – сегнетоэлектрики

2 - полярные диэлектрики

3 - неполярные диэлектрики

Сегнетоэлектрики (ферроэлектрики)

– обладают собственным, без внешнего электрического поля, вектором поляризации (спонтанная поляризация), т. е. являются источниками электрического поля (аналогия с ферромагнетиками).

– , и являются нелинейными по и многозначными (при одном и том же несколько значений функций), так как имеет место явление гистерезиса. и зависят от температуры.

– и могут быть очень большими (тысячи).

Названия участков кривой гистерезиса:

ОС– остаточная поляризованность (поляризация),

ОА– коэрцитивная сила.

A

Сегнетоэлектрик состоит из разных областей (доменов) с одинаковой ориентацией молекул в них, т. е. с ненулевой поляризацией. С ростом величины внешнего поля происходит переориентация вдоль поля все большего числа доменов. При нагреве, после достижения температуры Кюри, сегнетоэлектрик переходит в обычный диэлектрик.

Виток с током (магнитный диполь) и его магнитный момент .

вектор нормали, сила тока и площадь витка с током. Виток с током – простейшая магнитная модель атома (молекулы).

где магнитный момент i атома, число атомов в объеме , – вектор намагниченности (магнитный момент единицы объема).

Классификация магнетиков: диа-, пара- и ферромагнетики.

Диамагнетики (отталкиваются магнитным полем)

Без внешнего поля (вектор магнитной индукции)

, собственное поле магнетика.

В поле

Под действием поля индуцируется ненулевой магнитный момент у каждого атома, строго против поля, поэтому

, , ,

, , , результирующее поле в магнетике, безразмерная магнитная проницаемость вещества.

Магнитная восприимчивость и проницаемость диамагнетиков

и от температуры и поля не зависят.

, мало (–10^-6 ÷ –10^-5),

Парамагнетики (втягиваются в магнитное поле)

Без внешнего поля .

Атом обладает ненулевым магнитным моментом . Поэтому

, из-за теплового разупорядочения атомов.

В поле .

Внешнее магнитное поле оказывает ориентирующее действие на магнитные моменты, устанавливая их преимущественно по направлению внешнего поля. Поэтому

, , ,

~ , , ,

Магнитная восприимчивость и проницаемость парамагнетиков

_, от поля не зависят.

, мало (10^-5 ÷ 10^-3), .

Диамагнитные свойства есть у любого магнетика, в том числе у парамагнетика, но они много меньше парамагнитных.

Таким образом, в результате помещения магнетика в пространство, где есть магнитное поле, получаем

магнитная индукция и энергия поля без магнетика, индуктивность соленоида без магнетика. магнитная индукция и энергия поля с магнетиком, индуктивность соленоида с магнетиком.

Поверхностные токи

При помещении однородного магнетика во внешнее магнитное поле на его граничных поверхностях возникают поверхностные (молекулярные) токи . Они и создают собственное магнитное поле магнетика.

Введем дополнительный вектор напряженность магнитного поля, связанный с (суммарным) полем в магнетике.

или .