2. Д иэлектрики в электростатическом поле. Поляризация молекул. Коэффициент поляризуемости и диэлектрическая проницаемость вещества. Понятие о пъезоэффекте.

М олекулы диэлектрика делятся на полярные, неполярные и ионные.

Рассмотрим полярные и неполярные молекулы более внимательно:

1. Полярные молекулы образуют систему разноимённых зарядов:

Такая система называется диполь.

Этой системе соответствует дипольный момент:

Примером может служить H₂O.

2. Н еполярные молекулы

Если внесем в электростатическое поле неполярную молекулу,

то разноимённые заряды сместятся в разные стороны - получим упругий

диполь. В неполярном диполе , ( Е-напряжённость поля,

где находится диполь).

где – коэффициент поляризуемости.

В системе СИ имеют разные размерности, поэтому ввели размерную величину .

В полярном диполе

Таким образом, электрический момент диполя пропорционален напряжённости электрического поля в месте нахождения этого диполя.

Д ля того, чтобы охарактеризовать поляризацию не одной молекулы, а вещества, вводится вектор поляризации:

Напряжённость поля внутри диэлектрика по принципу суперпозиции равна: : , где .

Для простоты возьмём диэлектрик в виде плоскопараллельной пластины с размерами и . Тогда поле, образованное связанными зарядами. (напряжённость поля между параллельными пластинами.) Вектор поляризации теперь где – диэлектрическая восприимчивость, характеризует поляризацию единицы объема диэлектрика.

С другой стороны вектор поляризации складывается из : суммы дипольных моментов одной цепочки

на площади боковой грани - S. Это число равно , где площадки S. Тогда РSd = q

Таким образом,

Тогда получим:

В данном соотношении – диэлектрическая проницаемость. Вещества. Она показывает во сколько раз напряжённость электростатического поля в вакууме больше, чем в диэлектрике.

Возьмем конденсатор, заполним промежуток между пластинами диэлектриком:

(без диэлектрика)

Тогда электроемкость с диэлектриком равна: . (возросла в

Отсюда . (возросла также в

Сегнетоэлектрики

Сегнетоэлектрики – это вещества, для которых справедливо то, что когда внешнее

поле = 0 ( , то .У таких веществ всегда есть электрический момент. Они обладают свойством:

Данное свойство достигается за счет особой кристаллической решетк Петля Гистерезиса: Функция на петле растет за счет ориентации электрических доменов - микроскопических областей, где диполи ориентированы одинаково. Чтобы вернуть сегнетоэлектрик в исходное состояние, нужно приложить поле обратного направления.

Пьезоэлектрики (пьезокристаллы)

Пьезокристаллы позволяют преобразовывать механические колебания в электрические импульсы.

Можно и наоборот. То есть, есть прямой и обратный пьезоэффект. Это обусловлено внутренней структурой вещества – “вставленные в друг друга кристаллические решетки”.

При механическом воздействии на пьезокристалл на его гранях возникает пропорциональная разность потенциалов. При изменении знака воздействия меняется знак разности потенциалов.