Полярлану. Диэлектрик трлері
Электрлік асиеттері бойынша денелер ткізгіштер жне диэлектриктер болып блінеді.
Диэлектриктер деп электр тогын ткізбейтін заттарды айтады. Диэлектриктерге мысалы, ауа жне шыны, эбонит, ра ааш жне ааз жатады.
Классикалы трыдан араанда диэлектриктер ткізгіштерден электр рісі серінен реттелген озалыс жасап, электр тогын тудыратын еркін зарядтарды болмауымен ерекшеленеді. Электр рісіндегі диэлектрикте зарядтар блінбейді, яни онда еркін зарядтар жо, атомдарындаы электрондар ядроларымен атты байланысан. Бл байланысты бзу шін кшті сырты факторлар ажет.
Электрлік диполь – р аттас екі нктелік зарядтан тратын электр жаынан нейтралды жйе.
Диэлектриктерді молекулалары электр жаынан нейтралды, ол орыты заряды нлге те жйе сияты. Осыан арамастан молекулаларды электрлік асиеті бар жне ол молекулаларды электрлік диполь ретінде арастыруа болады.
Мндай дипольді о заряды о зарядтарды «ауырлы центрінде» орналасан ядроны орыты зарядына те, ал теріс заряды теріс зарядтарды «ауырлы центрінде» орналасан электрондарды орыты зарядына те. Осындай дипольді электрлік моменті (
– молекуладаы барлы атомды ядролардаы о зарядтарды орытысы,
– электрондарды «ауырлы центрінен» атомды ядролардаы о зарядтарды «ауырлы центрін» осатын вектор).
Диэлектриктерді сырты электр рісіне енгізгенде сырты ріс серінен оларда нлден згеше электр моменті пайда болады, яни диэлектрик полярланады.
Сырты электр рісі серінен дипольдерді ріс баытына сйкес ыысу былысын диэлектриктерді полярлануыдеп атайды. Нтижесінде диэлектрикті андай да бір клеміндегі электр моменті нлден згеше болады, яни затты бетінде байланысан зарядтар пайда болады. Осы зарядтар тудыратын электр рісіні кернеулігі диэлектрикті ішінде сырты электр рісіні кернеулігіне
арсы баытталады. Сондытан да диэлектрик ішіндегі электр рісі лсірейді. Диэлектрикті ішіндегі рісті орыты кернеулігі:
. (12.1)
Вакуумде электр рісі кернеулігі модуліні біртекті диэлектриктегі рісті
модуліне атынасына те шаманы затты диэлектрлік тімділігі деп атайды:
. (12.2)
Бл физикалы шаманы лшем бірлігі жо, электр рісінде диэлектриктерді полярлану шамасын сипаттап, рісті диэлектриктерде аншалыты лсірейтіндігін крсетеді.
Диэлектриктер ш топа блінеді: полярлы, полярлы емес жне кристалды.
Полярлы диэлектриктерде о жне теріс зарядтарды таралу нктелері сйкес келмейді жне электр рісіне енгізілген кезде бл диэлектриктерді молекулалары кернеулік векторыны баытына арай ыысады.
Полярлы емесдиэлектриктерде о жне теріс зарядтарды таралу нктелері сйкес келеді жне электр рісіне енгізілген кезде бл диэлектриктерді молекулалары деформацияланып, нтижесінде дипольдар пайда болады жне олар кернеулік векторыны баытына арай ыысады.
Ионды диэлектриктер (NaCl, KCl) - ртрлі табалы кезектескен иондардан рылан кеістікті торды райтын кристаллдар.
Диэлектриктердегі полярлануды санды млшері полярлану векторымен сипатталады. Полярлану векторы диэлектрикті шексіз аз клеміні электрлік диполдік моментіні сол клемге атынасымен аныталады
, (12.3)
мндаы – бір молекуланы дипольдік моменті.
Полярлану векторыны модулы диэлектриктерді полярлану дрежесін анытайды, ал баыты полярлану баытымен сйкес келеді.
Поляризациялау – полярлануды тудыратын, сырты электр ріс кернеулігімен аныталатын макраскопиялы сипаттама.
Изотропты диэлектриктерде полярлануды кез келген трі сол нктедегі ріс кернеулігімен мынадай арапайым байланыста болады (12.4)
мндаы – диэлектрикті диэлектрлік абылдаыштыы деп аталатын лшемсіз шама.
Полярлы емес диэлектрикті аз клеміндегі барлы молекулалар электр рісінде бірдей электрлік моменттерге ие болады ( 12.1, а суретті ара), сондытан полярлану
рнегімен аныталады (
– молекулаларды концентрациясы).
а) б)
12.1 Сурет.
Мндай диэлектриктердегі диэлектрлік абылдаышты температураа туелді емес. Температура тек молекулаларды концентрациясына ана жанама сері болуы ммкін.
Полярлы диэлектриктерде сырты рісті ыысуына молекулаларды жылулы озалысы кедергі жасайды (12.1, б суретті ара). Нтижесінде кейбір молекулаларды диполдік моменттері ріс баытына ыысып, есептеулер мен тжірибелерден (12.4) рнегі шыады.
Полярлы диэлектриктерде диэлектрлік абылдаышты температураа кері пропорционал. Кристалды диэлектриктерде де полярлану –ріс кернеулігімен (12.4) атынастаыдай байланыста. мен
арасындаы сызыты туелділік кшті емес рістерде орындалады. Кейбір диэлектриктерге (12.4) рнегі олданылмайды. Сегнетоэлектриктерде (сырты электр рісіні серінсіз белгілі бір температура аралыында здігінен поляризацияланатын кристалл диэлектриктер, NaKC4H4O6*4H2O - сегнет тзы, BaTiO3 – барий титанаты)
мен
арасындаы байланыс сызысыз жне
-ні брыны мндеріне де туелді (бл былыс гистерезис деп аталады).
Диэлектрикті сырты ріске орналастырса, ол 12.1 суреттегідей о зарядтар ріс баытымен, теріс зарядтар ріс баытына арама-арсы баытта полярланады, нтижесінде диэлектрик пластиналарыны (о жа) бетінде беттік тыыздыы , ал (сол жа) оан арама-арсы бетінде беттік тыыздыы
болатын арты зарядтар пайда болады. Бл зарядтар байланысан беттік зарядтар деп аталады. Олар диэлектриктерді атомдары мен молекулаларынан блініп кетпейді.
Полярлану векторы мен байланысан зарядтарды беттік тыыздыы бір-бірімен арапайым байланысан
(12.5)
(12.4) рнегін ескеріп, мына формулаа келеміз:
, (12.6)
мндаы –бетті берілген нктесіндегі сырты нормальдаы полярлану проекциясы;
– ріс кернеулігіні сол нормальдаы проекциясы.