Типы диэлектриков. Поляризация диэлектриков

В диэлектрике молекулы нейтральные, т.е. сумма всех положительных зарядов равна сумме всех отрицательных зарядов.

Если заменить положительные заряды ядер молекул суммарным положительным зарядом , находящимся в центре тяжести положительных зарядов, и заряд всех электронов – суммарным отрицательным зарядом , находящимся в центре тяжести отрицательных зарядов, то молекулу можно рассматривать как электрический диполь с электрическим моментом .

Диполь – система двух разноименных, одинаковых по величине зарядов, расположенных на некотором расстоянии , называемом плечом диполя.

Внесение диэлектриков во внешнее электрическое поле приводит к возникновению отличного от нуля результирующего электрического момента диэлектрика. Это явление называется поляризацией.

Различают три вида диэлектриков:

1. К первой группе относятся вещества (Н₂, О_2, С₂), в молекулах которых центры тяжести положительных и отрицательных зарядов молекул совпадают. Такие диэлектрики называются неполярными. Под действием электрического поля заряды неполярных молекул смещаются, и молекула приобретает дипольный момент в результате деформации электронных орбит. Этому типу соответствует электронная, или деформационная, поляризация.

2. Вторая группа диэлектриков (Н₂О, SО₂, СО) представляет собой вещества, молекулы которых имеют асимметричное строение, центры тяжести положительных и отрицательных зарядов молекул не совпадают. Такие молекулы называют полярными. В целом диэлектрик не обладает дипольным моментом вследствие теплового движения частиц. При внесении таких диэлектриков во внешнее электрическое поле молекулы, обладающие дипольным моментом, испытывают ориентационную или дипольную поляризацию (положительные заряды диполя ориентируются по направлению вектора , отрицательные – против поля).

3. К третьей группе относятся (NaCl, KCl, KBr) вещества, имеющие ионное строение. Ионные кристаллы представляют собой пространственные решетки с правильным чередованием ионов разных знаков. В кристаллах нельзя рассматривать одну молекулу, а необходимо рассматривать кристалл как систему двух вдвинутых одна в другую подрешеток. При внесении во внешнее электрическое поле с напряженностью данная группа диэлектриков испытывает смещение ионных подрешеток, и возникает дипольный момент. Положительные ионы ориентируются вдоль поля, отрицательные – против поля. Такая поляризация называется ионной.

Особый класс диэлектриков составляют сегнетоэлектрики, молекулы которых обладают дипольным моментом в отсутствие внешнего электрического поля. Они имеют мозаичное строение и состоят из доменов – областей, обладающих дипольным моментом. В целом образец не обладает дипольным моментом вследствие теплового движения частиц. При внесении во внешнее электрическое поле их поляризованность зависит от , и наблюдается гистерезис – нелинейная зависимость от . При температуре , называемой точкой Кюри, сегнетоэлектрик теряет свои особые свойства.