Электрстатикалық өрістегі диэлектриктер. Диэлектриктердің түрлері

Идеал диэлектриктерде оның электр өрісінің әсерінен еркін қозғала алатын зарядтар болмайды. Диэлектриктердің атомдары мен молекулалары тұтас алғанда бейтарап болады, өйткені құрамындағы микроскопиялық теріс және оң зарядтардың мөлшерлері бірдей. Атомдардың ішіндегі микроскопиялық зарядтардың электр өрісінің 10¹¹ В/м шамасында болады, бұл іс жүзінде қол жеткізілген макроскопиялық өрістің (~10⁷ В/м) шамасынан көп артық. Атомдар мен молекулалардың сыртқы электр өрісінде өте орнықты болуы және атомның ішкі зарядтарының тұрақты болуы осымен түсіндіріледі. Сыртқы әсер сипаттамасы денелердің нақты құрылысына тәуелді болады. Құрылысына байланысты диэлектрик заттарды үш үлкен топқа бөлуге болады. Бірінші топқа жататын диэлектриктердің оң және теріс зарядтарының ауырлық центрлері бір-біріне сәйкес келеді (13.3а-сурет). Мысалы, парафин, бензол, азот, газтәріздес сутегі, көмірсутектілердің қатары. Мұндай диэлектриктер молекулаларының сыртқы өріс жоқ кезде дипольдік моменті болмайды. Сондықтан мұндай диэлектриктердің молекулалары – полярлы емес деп аталады. Сыртқы электр өрісінде молекулалардың оң және теріс зарядтарының ²ауырлық центрі² қарама-қарсы ығысады, ол аралық молекулалардың өлшемімен салыстырғанда аз болады (13.3б-сурет). Бұл кезде әр молекула

(13.11)

дипольдік моментке ие болады. Оның шамасы бірінші жуықтауда сыртқы өрістің -кернеулігіне тура пропорционал. Сыртқы өріс жойылғанда молекулалар алғашқы қалпына келеді де, дипольдік момент нөлге айналады.

13.3-сурет. Қатаң дипольді диэлектрикетрдің бірінші түрі. А) электр өрісі жоқ кезде, б) электр өрісі бар кезде

Екінші топқа – су, нитробензол, т.с.с. молекулаларының құрылысы асимметриялы заттар жатады. Бұларда сыртқы өріс жоқ кезде де, оң және теріс иондардың ²ауырлық центрі² бір-бірімен сәйкес келмейтіндіктен, сондықтан олар ²қатаң² диполь құрайды. Мұндай полярлы молекулалардың дипольдік моментінің сан мәні: =10^-19 Кл∙10^-10м=10^-29 Кл × м

шамасындай болады. Сыртқы өріс болмағанда ( =0), жеке молекулалардың дипольдерінің бағыттары жылулық қозғалыстың себебінен ретсіз болады. Жалпы диэлектрикті тұтас алғанда дипольдік моментінің қорытқы мәні нөлге тең болады. Сыртқы электр өрісіне осындай диэлектрикті орналастырсақ, әрбір қатаң дипольге өрістің бойымен бұруға тырысатын электр күші әсер етеді. Қос күштің (13.3-сурет) тудыратын айналдыру моменті келесі түрде жазылады:

13.3-сурет. Айналдырушы момент

Ал жылулық қозғалыстың әсері дипольдердің өріс бойымен бағытталуына кері әсер етеді, сондықтан қатаң дипольдер өріске әртүрлі бұрышымен бағытталады. Осындай қарама-қарсы әсердің нәтижесінде, молекулалардың дипольдік моментінің өріс бағытына проекцияларының орташа мәні нөлге тең болмайды. Бірінші жуықтауда шамасы өрістің -кернеулігіне тура, ал абсолют температураға кері пропорционал болады. Тұтас диэлектрикті жалпы алғанда сыртқы өрістің бойымен бағытталған дипольдік моменті болады.

Үшінші топқа иондық құрылымы бар кристалдық диэлектриктер жатады (хлорлы натрий, хлорлы калий т.с.с). Бұларды электр өрісіне енгізгенде кристалл торының оң иондарының өрістің бағытымен, теріс иондарының өріске қарсы бағытпен біршама ығысуы болады. Мұндай диэлектриктерде жалпы алғанда сыртқы өріске пропорционал өріс бойымен бағытталған дипольдік момент болады.