§ 1.15. Поляризация диэлектриков

Теперь посмотрим, что происходит с диэлектриком в электрическом поле, и выясним, от чего зависит диэлектрическая проницаемость среды.

Поляризация полярных диэлектриков

напряженность поля

Пусть полярный диэлектрик расположен между двумя параллельными металлическими пластинами. Если пластины не заряжены и, следовательно, напряженность поля между пластинами равна нулю, то диполи молекул диэлектрика ориентированы хаотически (рис. 1.59). Вследствие этого во всех участках диэлектрика положительные и отрицательные заряды диполей различных молекул в среднем компенсируют друг друга. Электрическое поле диэлектрик не создает.

Что же произойдет в диэлектрике, когда пластинам сообщены заряды, одинаковые по модулю и противоположные по знаку? Если размеры пластин много больше расстояния между ними, то возникает электрическое поле, которое вдали от краев пластин можно считать однородным. Со стороны этого поля на молекулу, представляющую собой диполь, действуют две силы, одинаковые по модулю и противоположные по направлению (рис. 1.60, а). Они создают момент силы, стремящийся повернуть диполь так, чтобы его ось была направлена по линии напряженности поля (рис. 1.60, б). Этому, однако, препятствует тепловое движение, приводящее к хаотической ориентации диполей. В результате полная ориентация может быть достигнута лишь в сильных полях при температурах, близких к абсолютному нулю. В обычных условиях получается состояние с преимущественной ориентацией диполей вдоль поля. Это значит, что в среднем число диполей, ориентированных вдоль поля, больше, чем против поля (рис. 1.61). На рисунке видно, что вследствие преимущественной ориентации диполей вдоль поля у положительно заряженной пластины появляются отрицательные заряды диполей, а у отрицательно заряженной — положительные. В результате на поверхности диэлектрика появляется поверхностный связанный заряд с определенной плотностью σ'. Внутри диэлектрика отрицательные и положительные заряды диполей компенсируют друг друга и средний электрический заряд равен нулю.

ориентации диполей

Смещение положительных и отрицательных связанных зарядов диэлектрика в противоположные стороны называют поляризацией.

Поляризация неполярных диэлектриков

Ориентация диполей (атомов или молекул диэлектрика) в электрическом поле — не единственный процесс при поляризации диэлектриков. Это следует из того факта, что и диэлектрики с неполярными молекулами в электрическом поле тоже поляризуются. Что же происходит в этом случае?

В отсутствие поля центры положительных и отрицательных зарядов в атомах или молекулах неполярных диэлектриков совпадают. При внесении диэлектрика в поле на отрицательно и положительно заряженные частицы начинают действовать силы, направленные в противоположные стороны. В результате молекула растягивается и происходит смещение центров положительного и отрицательного зарядов. Молекула становится диполем, ось которого направлена вдоль поля. Вследствие этого процесса на поверхностях диэлектрика, примыкающих к заряженным пластинам, также возникают связанные заряды. Очевидно, что процесс, аналогичный поляризации неполярных диэлектриков, происходит и в полярных диэлектриках. Однако в последних он маскируется значительно большим эффектом, обусловленным ориентацией диполей.

Силы притяжения между соседними молекулами диэлектрика значительно слабее сил, связывающих разноименные заряды в молекуле. Поэтому при разрезании или разрыве диэлектрика на части молекулы не разрушаются, а целиком остаются на поверхностях разреза. В результате обе части поляризованного диэлектрика будут электрически нейтральны после разрезания.

Окончание параграфа >>>