Свойства диэлектриков

Диэлектрики способны специфическим образом изменять свое состояние, будучи помещенными в электрическое поле.die_electric_1      Диэлектрики – это вещества, которые не проводят электрический ток. Диэлектрики способны специфическим образом изменять свое состояние, будучи помещенными в электрическое поле. Рассмотрим кратко сущность этого явления.

Как известно из физики, молекулы и атомы вещества представляют собой электрически объединение заряженные частицы. В неионизированном состоянии суммарный заряд молекулы (атома) равный нулю. Для диэлектриков характерны прочные связи электронов с атомами, т.е. высокие значения энергии связи. Поэтому при помещении образца диэлектрика в электрическое поле сквозного дрейфового движения носителей заряда, в толще материала не наблюдается электрический ток.

 Однако при этом молекула диэлектрика деформируется таким образом, что ее можно представить совокупностью двух разноименных зарядов, смещенных в пространстве на некоторое расстояние. Такую систему из двух зарядов называют электрическим диполем. Очевидно, что величина расстояния тем больше, чем выше напряженность приложенного электрического поля.4111_p0127

 Модель атома водорода состоит из протона и электрона. С точки зрения классических представлений электрон при отсутствии внешнего электрического поля вращается по орбите. Если наблюдать за атомом в течение промежутка времени, который значительно превышает период преобразования, то в среднем центр «эффективного» отрицательного заряда совпадает с центром ядра. Атом не проявляет дипольных свойств.

 После приложения электрического поля орбита электрона вытягивается. Центры положительного и отрицательного зарядов перестают совпадать в пространстве, и атом водорода начинает вести себя подобно электрическому диполю. Описанное явления называют электронной поляризацией вещества.113508_html_md9043b6

 Электронная поляризация свойственна диэлектрикам, молекулы (атомы) которых при отсутствии внешнего поля не имеют собственных дипольных свойств. Такие вещества относят к классу неполярных диэлектриков. Примерами служат большинство газов и много твердых диэлектриков, как природных, так и искусственных (кварц, оксид алюминия, полиэтилен).

 Однако известно много веществ, молекулы которых имеют дипольные свойства и без внешнего электрического поля. Такие вещества называют полярными диэлектриками.polarizacia К ним относят многие токонепроводящие жидкости (химически чистая вода, спирты), а также некоторые твердые диэлектрики, например полихлорвинил. При отсутствии внешнего электрического поля молекулярные диполи ориентированы в пространстве хаотично. Под действием приложенного поля происходит ориентация молекулярных диполей. Очевидно, что степень взвешенности этой ориентации тем меньше, чем выше температура, поскольку хаотическое тепловое движение нарушает порядок расположения молекул в пространстве.

 Для количественного описания степени поляризуемости отдельной молекулы вводят в рассмотрение ее дипольный момент, который представляет собой вектор, коллинеарный единичному вектору, который направлен вдоль оси диполя от отрицательного заряда к положительному.

 Итак, конфигурация силовых линий векторного поля поляризуемости зависит, как от концентрации молекулярных диполей, так и от направлений векторов электрического поля внутри вещества.