Поляризация диэлектриков

Физика > Поляризация

 

Изучите поляризацию диэлектриков – смещение положительных и отрицательных зарядов. Узнайте, что такое диэлектрики, дипольный момент, изолятор, модель атома.

Поляризация диэлектриков возникает при разделении положительных и отрицательных зарядов в материале.

Задача обучения

• Выявить два способа поляризации на молекулярном уровне.

Основные пункты

• Диэлектрики – изоляторы, способные поляризоваться электрическим полем. То есть, их заряды не могут течь свободно, но есть возможность распределиться равномерно.
• Если приложить электрическое поле к атому, то оно будет отталкивать электроны. В случае полярных молекул их отрицательные части выровняются от поля, а положительные повернутся к нему.
• Мгновенная поляризация возможна, если ионы распределяются ассиметрично, и одна часть будет превосходить по плотности.

Термины

• Дипольный момент – векторное произведение заряда на любом полюсе диполя и разделяющая их дистанция.
• Диэлектрик – электрически изолирующий или непроводящий материал, рассматриваемый с точки зрения электрической восприимчивости.
• Изолятор – вещество, не транспортирующее тепло, звук или электричество.

Полярность можно осознавать по-разному, потому что перед нами довольно объемное понятие. Его можно применить к молекулам, свету и электрическим полям. Здесь мы сосредоточимся на диэлектрической поляризации – разделение зарядов в материалах.

Диэлектрики

Диэлектрик – изолятор, который можно поляризовать электрическим полем. То есть, это материал, где заряд лишен свободного перемещения, но при наличии электрического поля может изменить распределение. Положительный заряд переправляется ближе к прикладному полю, а отрицательный сместится. Из-за этого внутри материала формируется слабое локальное поле, противостоящее прикладному.

Разные материалы отличаются реакцией на индуцированное поле. Все зависит от диэлектрической проницаемости. Это постоянная, то есть степень поляризуемости.

Атомная модель

При изучении диэлектриков, рассматривают их заряженные компоненты (протоны и электроны). Если на атом воздействует электрической поле, то электроны будут отдаляться, а протоны останутся относительно открытыми. Такое разделение формирует дипольный момент.

Когда активируется электрическое поле (Е), электроны удаляются от него. Их средняя позиция смещается от среднего положения протонов к дистанции (d). Дипольный момент атома – М

Поляризация диполей

На молекулярном уровне поляризация происходит с диполями и ионами. В полярных связях электроны притягиваются к конкретному ядру сильнее. В качестве примера можно привести воду (Н2О), обладающую изогнутой формой (угол – 104.45°), где кислород вытягивает электронную плотность от атомов Н, оставляя их положительными, а О – отрицательными.

Вода – пример дипольной молекулы, обладающей изогнутой формой (угол Н-О-Н достигает 104.45°), где кислород оттягивает электронную плотность от атомов Н, делая их положительными, а О – отрицательными

После воздействия электронного поля, молекула выравнивается, поворачивая положительный конец к полю, а отрицательный – от него.

Ионная поляризация

Ионные соединения представляют собою стабильно разделенные заряды ионов. Среди примеров можно вспомнить поваренную соль (NaCl), формирующуюся из ионов Na + и Cl. Формально они не связаны друг с другом химической связью, но очень сильно взаимодействуют из-за противоположных зарядов.

Ионы все еще свободны друг от друга и продолжат перемещаться наугад. Если изначально обладали асимметричным движением и приводят к большей концентрации положительных ионов в одной области и отрицательных в другой, то образец ионного соединения будет поляризован (ионная поляризация).