Полярные и неполярные молекулы

Диэлектрики отличаются от металлов тем, что в них нет свободных электронов (при комнатных температурах и ниже) и они не проводят электрический ток. Это означает, что все электроны «привязаны» к своим атомам или молекулам. Поскольку диэлектрик (не заряженный) в целом нейтрален (q=0), то потенциал внутри диэлектрика может быть создан диполями. Сами молекулы исходно могут иметь вид диполей или такой их вид можно создать внешним электрическим полем. Молекулы (атомы), у которых в отсутствии внешнего электрического поля центр тяжести положительных и отрицательных зарядов совпадает (дипольный момент равен нулю) называются неполярными. Это, например, молекулы Н2, О2, N2. У других, таких как СО, НСl, вода центры тяжести даже без поля сдвинуты и есть дипольный момент. Такие молекулы называются полярными.

Напомним, что дипольным моментом молекулы называется величина , где l – расстояние между центрами тяжести отрицательных и положительных зарядов молекулы (q>0).

Если неполярную молекулу поместить в электрическое поле, то она приобретет дипольный момент, величина которого будет пропорциональна напряженности электрического поля (упругий диполь).

Для полярной молекулы имеющийся уже дипольный момент практически не изменяется, лишь ориентируется вдоль поля (жесткий диполь).

В диэлектрике огромное количество диполей (полярный диэлектрик) и все они хаотически ориентированы в пространстве. Поэтому в отсутствии внешнего электрического поля дипольный момент как неполярного, так и полярного диэлектрика равен нулю. Если же диэлектрик (любой) поместить в электрическое поле, то возникающие (или имеющиеся) дипольный моменты выстраиваются преимущественно по полю. Появляется макроскопический дипольный момент.

Это явление называется поляризацией диэлектрика. Для оценки состояния поляризации диэлектрика вводят величину, называемую вектором поляризации ,

где ΔV – физически малый объем, а рi - дипольный момент i – ой молекулы, заключенной в этом объеме. Модуль вектора поляризации численно равен дипольному моменту единицы объема.

У большинства диэлектриков в отсутствии внешнего электрического поля вектор поляризации равен нулю. При помещении таких диэлектриков в электрическое поле появляется вектор поляризации, величина которого прямо пропорциональна напряженности электрического поля:

где величина k называется диэлектрической восприимчивостью диэлектрика, безразмерная величина.

Поле внутри диэлектрика.