Диэлектриктердегі электростатикалы ріс поляризациялану векторы ортаны диэлектрлік тімділігі (6 видео)

Диэлектриктің поляризациясы

Сыртқы электр өрісінде диэлектриктегі оң және теріс зарядтардың қайта таралып орналасуы диэлектриктің поляризациясыдеп аталады.

Диэлектриктің поляризациясын сандық сипаттау үшін поляризация векторы енгізілген. Бірлік көлемдегі дипольдік моменттердің қосындысын поляризация векторыдеп атайды. Өлшем бірлігі

Изотропты полярсыз диэлектриктер үшін поляризация векторы сыртқы электр өрісінің кернеулігіне тура пропорционал.

мұндағы: — диэлектриктің алғырлығы.

Диэлектриктің алғырлығы диэлектриктің тегіне және температурасына тәуелді болады.

Диэлектриктің молекуласының құрылысына байланысты поляризация үшке бөлінеді:

Бағыттық поляризация полярлы диэлектриктерде байқалады. Полярлы диэлектриктің молекулалары сыртқы электр өрісіне енгізілгенде электрлік моменттері сыртқы электр өрісімен бағыттас болатындай түрде орналасады.

Электрондық поляризация– полярсыз диэлектриктерде байқалады, яғни сыртқы электр өрісіне енгізгенде полярсыз диэлектриктердегі оң және теріс зарядтар бір-біріне қатысты ығысады.

Иондық поляризация – иондық кристалдарда байқалады.

Полярлы диэлектриктің поляризациясы абсолют температураға тәуелді:

мұндағы: -диэлектриктің кішкене көлеміндегі барлық молекулалардың дипольдік моменттерінің орташа мәні.

Әлсіздеу өрістерде диэлектриктердің алғырлығының температураға тәуелділігі:

Бұл формула Дебай-Ланжевен формуласы деп аталады.

Полярлы диэлектриктің поляризация векторы байланысқан зарядтардың беттік тығыздығына тең болады.

Видео:Билет №06-08 "Диэлектрики"Скачать

Тақырып. ЭЛЕКТРСТАТИКАЛЫҚ ӨРІСТЕГІ ДИЭЛЕКТРИК

Диэлектриктер – барлық молекулалары электрлік бейтарап күйде болатын электр тогын өткізбейтін заттар.

Полярлық емес диэлектриктер – молекулалық құрылымы симметрия-лық заттар. Сыртқы электр өрісінің әсерінен полярлық емес молекула-лардың зарядтары ығысып, молекула дипольдік моментке ие болады.

Полярлық диэлектриктер– молекулалық құрылымы асимметриялық заттар. Атомдағы электрондардың орналасуы ядроға қатысты симмет-риялы емес, сыртқы электр өрісі болмағанда молекуланың дипольдік моменті бар. Сыртқы электр өрісінің әсерінен олардың дипольдік моменттері сыртқы өріс бағытымен бағдарланады.

Иондық диэлектриктер– таңбалары кезектесіп отыратын дұрыс иондық кристалдық торлардан түзілетін заттар. Мұндай кристалдардың молекулалары жеке бөлініп қарастырылмайды, иондық диэлектрикті бір-біріне еніп тұрған екі иондық торшалардың жүйесі деп алу керек. Диэлектриктің поляризациясы – сыртқы электр өрісінде дипольдердің бағдарлануы немесе бағдарланған дипольдердің пайда болу құбылысы.

Диэлектриктің құрылысына қарай поляризация үш түрге бөлінеді:

а) электрондық (деформациялық) поляризация–полярлық емес диэлектриктің молекулаларында сыртқы электр өрісі бойымен бағытталған индукцияланған дипольдік моменттердің пайда болуы. Молекулалардың жылулық қозғалысы электрондық поляризацияға әсер етпейді. Газ тәріздес және сұйық полярлық диэлектрикте электрондық поляризация мен бағдарлық поляризация қатар орындалады.

ә) бағдарлық (дипольдік) поляризация–полярлық молекулалардың дипольдік моменттерінің сыртқы электр өрісі бағытына сәйкес бағдар-лануы. Молекулалардың жылулық қозғалысы бағдарлануға біршама кедергі келтіргенмен электр өрісінің үздіксіз әсерінен өріс бойымен бағ-дарлану орындалады. Поляризация процесі электр кернеулігінің өсуі мен температураның төмендеуіне қарай тезірек өтеді.

б) иондық поляризация–сыртқы электр өрісінің әсерінен иондық диэлектрикте оң иондардың өріс бағытымен, теріс иондардың өріске қарсы салыстырмалы ығысуында дипольдік моменттердің пайда болуы.

Поляризациялану векторы–шексіз аз көлемді диэлектриктің толық дипольдік моментінің осы көлемге қатынасына тең, тұтас диэлектриктің поляризациялану дәрежесін сипаттайтын физикалық шама.

, (111)

мұндағы: диэлектриктің і-ші молекуласының дипольдік моменті,

сыртқы электр өрісіндегі дилектриктің дипольдік моменті.

Изотроптық диэлектрикте (сегнетоэлектриктен басқа) поляризациялану:

. (112)

Диэлектриктің e өтімділігі мен c алғырлығы арасындағы байланыс:

. (113)

Біртекті электр өрісінде поляризацияланған диэлектрикте байланған зарядтардың электр өрісі кернеулігі сыртқы өріске қарсы бағытталып әлсіретеді (24-сурет) . Қортқы электр өрісі: Сыртқы электр өрісі кернеулігі мен диэлектриктегі электр өрісі кернеулігі арасындағы байланыс:

. (114)

Читайте также:

БИЛЕТ 10. Граничные условия для векторов Е и D . Преломление силовых линий на границе диэлектриков.
Билет 16.Диэлектрики.
Возникновение электрических зарядов в диэлектриках
Диполь в электрическом поле. Поляризация диэлектриков.
Диэлектрики в электрическом поле
Зонная теория химической связи для кристаллов металлов, полупроводников и диэлектриков.
Лекция 13. Потенциал электростатического поля. Диэлектрики в электростатическом поле.
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ДИЭЛЕКТРИКОВ
По материалу применяемого диэлектрика изоляторы делятся на фарфоровые, стеклянные и полимерные.
Пробой жидких диэлектриков

Диэлектриктердегі электростатикалы ріс поляризациялану векторы ортаны диэлектрлік тімділігі

Ортаның диэлектрлік өтімділігі–диэлектрик орналасқанда өрістің қаншалықты әлсірейтінін және диэлектриктің поляризациялану қасиетін сандық сипаттайтын өлшемі жоқ шама: . (115)

Электрлік ығысу (электрлік индукция) – изотропты ортада еркін зарядтардың электрстатикалық өрісін сипаттайтын векторлық шама:

. (116)

Диэлектрикте қортқы өріс кернеулігінің сызықтары кез келген (еркін, байланған) зарядтарда басталады және аяқталады. Ығысу векторының сызықтары тек еркін зарядтарда ғана басталады және аяқталады.

Электрлік ығысу векторының ағыны–электрлік ығысу сызықтарына перпендикуляр беттің бірлік ауданын тесіп өтетін ығысу сызықтарының тығыздығын (санын) сипаттайтын шама.

Электрлік ығысу векторының элементар ағыны–беттің өте аз аудан-шасынан өтетін ығысу сызықтарының саны (26-сурет):

, (117)

Электрлік ығысу векторының ауданы S толық тұйық беттен өткен ағыны тұйықталған беттің шексіз аз ауданшаларынан өтетін ағындардың алгебралық қосындысына тең:

. (118)

Диэлектриктегі электрстатикалық өріс үшін Остроградский-Гаусс теоремасы:Кез келген тұйық бет арқылы өтетін электрлік ығысу векто-рының толық ағыны осы беттің ішінде қамтылған еркін зарядтардың алгебралық қосындысына тең болады:

. (119)

Сегнетоэлектриктер–температураның белгілі бір аумағында сыртқы электр өрісі жоқ кезде спонтанды (өздігінен) поляризациялануға қабілетті диэлектриктер ( мысалы, NaKC₄H₄O₆∙4H₂O – сегнет тұзы, атауы осыдан алынған, барий титанаты BaTiO₃).

Сегнетоэлектриктер сыртқы электр өрісі жоқ кезде қаныға поляризация-ланған әртүрлі бағытталған электрлік моменттері бар микроскопиялық көлемдерден –домендерден тұрады (26-сурет). Тұтас сегнетоэлектриктің толық электрлік моменті нөлге тең. Сыртқы электр өрісінде домендердің электрлік моменттері өріске сәйкес бағдарланады. Күшті электр өрісі әсерінен сегнетоэлектриктің берілген көлемі толық поляризацияланып, қанығу деңгейіне жетеді, яғни өріс кернеулігінің одан әрі өсуінде поля-ризациялану өзгермейді. Сыртқы электр өрісінің кернеулігі кемігенде кері процесс біршама кешігіп орындалады. Өрістің әсері тоқтағанда ( ) қалдық поляризация сақталады.

Коэрцитивтік күш–қалдық поляризацияны жоюға қажет қарсы бағыт-талған электр өрісі кернеулігінің шамасы – .

Сегнетоэлектриктердің салыстырмалы диэлектрлік өтімділігі e мен диэлектрлік алғырлығы c – үлкен шамалар (жуықтап алғанда 10 3 –10 6 ), заттың химиялық табиғатына ғана емес, сонымен қатар, температураға, электр өрісі кернеулігіне, алдын-ала поляризациялану дәрежесіне тәуелді болады.

Кюри нүктесі –сегнетоэлектриктің өз қасиетін жоғалтып, қалыпты полярлы диэлектрикке айналатын температура. Кюри нүктесінде сегне-тоэлектриктің фазалық түрленуі орындалады, яғни зат поляризациялан-байтын фазадан спонтанды поляризацияланатын фазаға, және керісінше, поляризацияланатын фазадан поляризацияланбайтын фазаға ауысады.

Дата добавления: 2014-10-31 ; просмотров: 178 ; Нарушение авторских прав

Видео:Поляризация диэлектрикаСкачать

Диэлектрлік ортадағы электростатикалық өріс.

Диэлектрик, құрамына зарядталған бөлшектер – теріс электрондар және оң ядро енетін молекулалардан тұрады. Жалпы алғанда молекулалар бейтарап болғанымен, молекуладағы оң және теріс зарядтардың «ауырлық» центрлері бір-біріне қатысты ығысуының нәтижесінде молекулада p дипольдік момент пайда болуы мүмкін.

1. Полярлы емес диэлектриктер– сыртқы электр өрісінің жоқ кезінде құрылымы симметриялы болып келетін және p дипольдік моментке ие емес молекулалардан тұратын заттар. Молекулалар дипольдік моментті сыртқы электр өрісінде иеленеді (серпімді диполь). Полярлы емес диэлектриктерге Н2, О2, N2 және басқалар жатады.

2. Полярлы диэлектриктер– сыртқы электр өрісінсіз ақ дипольдік моментке ие молекулалардан тұратын заттар. Молекуланың оң және теріс зарядтарының «ауырлық» центрлері бір- біріне дәл келмейді, демек молекула сыртқы өрістің жоқтығына қарамастан диполь болып табылады (қатаң диполь). Сыртқы электр өрісінің бар кезінде дипольдер өріс бойымен бұрылады да, диэлектрик нөлден өзгеше қорытқы моментті иеленеді. Полярлы диэлектриктерге H2O, NH3, CO және т.б. жатады.

3. Иондық торлары бар кристалдық диэлектриктер– ішкі құрылымы әртүрлі таңбалы иондардың дұрыс кезектесе отырып түзейтін кеңістік торы

болып келетін заттар. Мұндай кристалдардың молекулаларын біріне-бірі енген екі иондық торламшалар жүйесі деп қарастыруға болады. Сыртқы электр өрісінің әсерінен дипольдік моменттердің пайда болуына әкелетін торламшалардың бір- біріне қатысты ығысуы байқалады.

Диэлектриктер поляризациясыдеп сыртқы электр өрісінің әсерінен жүретін дипольдердің бағдарлану процесін немесе өріс бойымен бағдарланған дипольдердің пайда болуын атайды.

Диэлектриктердің үш тобына сәйкес поляризацияның үш түрі болады:

Ығысудың электрондық поляризациясы

Дипольдік, немесе, бағдарлы поляризация

Иондық поляризация

Поляризацияның нәтижесінде диэлектрикте байланысқандеп аталатын зарядтар пайда болады.

Диэлектриктің поляризациясын сандық сипаттау үшін колданылатын, поляризацияланудеп аталатын, векторлық шама диэлектриктің көлем бірлігінің электр моменті болып анықталады:

Поляризациялану байланысқан зарядтардың  ¢беттік тығыздығымен

қатынастығы арқылы байланысады.

Байланысқан зарядтардың туындауы сыртқы

E0 өріске қарсы бағытталған

және оны әлсірететін қосымша E ¢

Диэлектриктің ішіндегі қорытқы өріс

электр өрісінің пайда болуына әкеледі.

 0  0

Көптеген диэлектриктер үшін P поляризациялануы диэлектрик ішіндегі E

өріс кернеулігіне сызықтық тәуелді, сондықтан, егер диэлектрик изотропты болса, онда

мұндағы  — заттың диэлектрлік қабылдағыштығы. Сонда диэлектриктің ішіндегі өріс

1 + 



мұнда  — ортаның диэлектрлік өтімділігі.

Екі диэлектриктің шекаралық бетінде кернеулік сызықтары үзіледі, себебі

r векторы секірмелі өзгеріске ұшырайды. Сондықтан біртекті емес

диэлектриктердегі электр өрісін сипаттау үшін r кернеулік векторынан көрі r

электр ығысу векторынқолданған едәуір ыңғайлы.

Изотропты диэлектриктеr және r векторлары өзара параллель,

сондықтан r және r векторларыда өзара параллель болады

Анизотропты диэлектриктердеr

жалпы алғанда, бірдей емес, сондықтан E

бағыттарыда әр түрлі

Электр ығысу векторы үшін Гаусс теоремасы: диэлектрик ішіндегі тұйық бет арқылы өтетін электр ығысу векторының ағыны сол бетпен қоршалған еркін электр зарядтарының алгебралық қосындысына тең:

ND = òDn dS = åqi .

Диэлектрлік өтімділіктері 1 және  2

екі изотропты диэлектриктің

шекарасында келесі шарттар орындалады:

D 2

= 2

tg1

1

мұндағы 1 және  2 — шекараға жүргізілген n нормаль мен 1 және 2

диэлектрлік орталардағы r

(немесе r) векторының арасындағы бұрыштарға

Сегнетоэлектриктер– температураның белгілі аралығында спонтандық ( өздігінен пайда болатын) поляризациялануға ие болатын, яғни сыртқы электр өрісінсіз ақ поляризацияланатын диэлектриктер. Сегнетоэлектриктерге сегнет тұзы (NaKC4H4O6∙4H2O), барий титанаты (BaTiO3), калий фосфаты (KH2PO4) жатады.

Сегнетоэлектриктердің негізгі қасиеттері:

 диэлектрлік өтімділігі өте үлкен мәндерге жете алады (104 –не дейін);

 диэлектрлік өтімділігі өрістің r

кернеулігіне тәуелді, яғни r

поляризациялану векторы мен E

3. диэлектрлік гистерезис;

өріс кернеулігі арасындағы байланыс сызықты

4. сегнетоэлектрик өзінің ерекше қасиеттерінен айырылуына әкелетін сипатты температураның (Кюри нүктесі) бар болуы.

Кейбір кристалдарда поляризациялану сыртқы электр өрісінсіз де пайда болады, егер кристалл механикалық деформацияға ұшыраса. Бұл құбылыс тура пьезоэлектрлік эффектідеп аталады. Тура пьезоэлектрлік эффектімен қатар кері пьезоэффектіде болады: пьезоэлектриктегі поляризацияның пайда болуы механикалық деформацияларды тудырады.