Глава 14. Диэлектрики. Электроемкость

 

Полярные и неполярные молекулы

Если диэлектрик внести в электрическое поле, то это поле и сам диэлектрик претерпевают существенные изменения. Чтобы это понять, нужно учесть, что в составе атомов и молекул имеются положительно заряженные ядра и отрицательно заряженные электроны. Электроны и ядра постоянно движутся. Для расстояний больших по сравнению с размерами молекул, действия электронов эквивалентно действию их суммарного заряда, помещенного в некоторую точку внутри молекулы. Назовем эту точку центром тяжести отрицательных зарядов. Аналогично действие ядер эквивалентно действию их суммарного заряда, помещенного в центр тяжести положительных зарядов. Радиус-вектор центра тяжести положительных зарядов вычисляется по формуле:

,

где - радиус-вектор точки, в которой помещается i -тый положительный заряд,

q – суммарный положительный заряд молекулы.

Аналогично для радиус-вектора центра тяжести отрицательных зарядов имеем:

,

- радиус-вектор усредненного по времени положения j -го отрицательного заряда.

Если центры тяжести положительных и отрицательных зарядов в отсутствии внешнего электрического поля не совпадают, то молекула называется полярной. Полярная молекула обладает собственным электрическим моментом .

.

Применяя единую нумерацию можно записать:

.

 

 

Рис. 14.1.

Молекула, у которой центры тяжести зарядов разных знаков в отсутствии поля совмещены, собственным электрическим моментом не обладает и называется неполярной.

В электрическом поле заряды в неполярной молекуле смещаются друг относительно друга: положительные по направлению поля, отрицательные против поля. В результате молекула приобретает электрический момент , величина которого пропорциональна напряженности поля

,

где b - поляризуемость молекулы.

Дипольный момент имеет размерность в системе СИ (Кл·м), = м³.

Процесс поляризации неполярной молекулы протекает так, как если бы положительные и отрицательные заряды молекулы были связаны друг с другом упругими силами. Поэтому говорят, что полярная молекула ведет себя во внешнем поле как упругий диполь.

Действие внешнего поля на полярную молекулу сводится в основном к стремлению повернуть молекулу так, чтобы ее электрический момент установился по направлению поля. На величину электрического момента внешнее поле практически не влияет. Следовательно, полярная молекула ведет себя во внешнем поле как жесткий диполь.