Укажите особенности поляризованности диэлектрика в электрическом поле.

Укажите особенности поляризованности диэлектрика в электрическом поле.

Электр өрісіндегі диэлектрик поляризациясының ерекшеліктерін көрсет.

Диэлектриктер (немесеизоляторлар) депэлектр тогын өткiзбейтiн денелердi айтады. Изолятордың немесе диэлектриктiң еркiн электр заряды жоқ нейтраль атомдарда электрондар мен ядролар бiр-бiрiмен байланысқан және электр өрiсiнiң әсерiнен бүкiл денеге орын ауыстыра алмайды. Өткiзгiштер мен диэлектриктер электростатикалық өрiсте өздерiн әрқалай ұстайды. Диэлектрик iшiнде электр өрiсi болуы мүмкiн; бұл жағдайда диэлектрик өрiске белгiлi бiр әсер бередi. Диэлектриктердi екi түрге ажыратады: полярлық емес және полярлық. Полярлық емес диэлектриктер молекулаларында және атомдарында оң және терiс зарядтардың таралу центрлерi сәйкес келедi (4.6 – сурет).

4.6-сурет

Полярлық емес диэлектриктер – инерттi газдар, сутегi, азот, көмiртегi және басқалар.

Полярлық диэлектриктер молекулаларында оң және терiс зарядтардың центрлерi сәйкес келмейдi. Электр диполiнiң негiзгi сипаттамасы диполь (электр) моментi деп аталатын векторлық физикалық шама болып табылады. Бұл моменттiң модулi заряд q модулiнiң арақашықтыққа L көбейтiндiсiне тең:

(4.5)

Дипольдiк момент бағыты дипольдiң терiс зарядтан оң зарядқа қараған осiмен сәйкес келедi. Полярлық диэлектриктерге спирт, су және басқа заттар жатады. Диэлектриктiң iшкi электр өрiсiне орын ауыстыру кезiнде поляризация процесi жүредi. Поляризация деп диэлектриктiң оң және терiс байланысқан зарядтарының қарама-қарсы бағыттарда араласуын айтады. Диэлектрик iшiнде дипольдердiң оң және терiс заряды бiр-бiрiн теңгередi және орташа байланысқан заряд бұрынғыдай нөлге тең.

4.8-сурет

Диэлектрик бетiндегi байланысқан заряд, iшкi өрiстiң кернеулiгiне керi бағытталған өзiнiң кернеулiгi меншiктi электр өрiсiн туғызады (4.8 – сурет). Сондықтан диэлектрик iшiндегi қорытқы өрiс бәсеңдейдi. Бәсеңдеу дәрежесi диэлектриктiң қасиетiне байланысты. Ортаның диэлектриктiк өтуi (енуi)деп бiртектi диэлектрик iшiнде электр өрiсi кернеулiгiнiң модулi бостықтағы (вакуумдегi) өрiс кернеулiгi модулiнен неше есе кем екенiн көрсететiн физикалық шама:

(4.6)

Поляризациялану векторы – шексізаз көлемді диэлектриктің толық дипольдік моментінің осы көлемге қатынасына тең, тұтас диэлектриктің поляризациялану дәрежесін сипаттайтын физикалық шама.

, (111) мұндағы: диэлектриктің і -ші молекуласының дипольдік моменті,

сыртқы электр өрісіндегі дилектриктің дипольдік моменті.

изотроптық диэлектрикте (сегнетоэлектриктен басқа) поляризациялану:

. (112) диэлектриктің e өтімділігі мен c алғырлығы арасындағы байланыс: . (113)

біртекті электр өрісінде поляризацияланған диэлектрикте байланған зарядтардың электр өрісі кернеулігі сыртқы өріске қарсы бағытталып әлсіретеді (24-сурет) . қортқы электр өрісі: сыртқы электр өрісі кернеулігі мен диэлектриктегі электр өрісі кернеулігі арасындағы байланыс:

. (114)

 

 

2-3)

В чем заключается электронная поляризация смещения в атомах диэлектрика?

Укажите особенности электронной поляризации смещения в ионах диэлектрика.

Электронды жылжу поляризациясы. Орналастыру уакыты. электрондарды жылжу поляризациясы кезіндегі поляризациялану теңдеуі.

Электронды поляризация атомдардың және иондардың электронды қабықшасының деформациясын және серпімді жылуын көрсетеді

Электронды поляризация орналасу уакыты оте аз τ=10^-35 c. Атомдардын не иондардын. электрондык орбиталдардын жылжуы жане деформасиясы температурага байланысты емес,бирак ε_r салынады электр отимдилик Т↑ зат тыгыздыгынын кемуимен бираз кемиди. Электронды поляризация диэлектриктин барлык туринде кездеседи жане энергия жогалтуымен байланысты емес.

Диэлектриктин электронды поляризациясы..

Р= =nµ=nαE

µ=αE α-поляризуемость

Е- орис кернеулиги

n-молекулалар консентрациясы.

Ыгысу поляризациясы 1-ден атомда жане ионда оте аз байланыскан е-дардын ыгысу салдарымен жане 2-ден мол-де иондардын жылжуынан болады. эгер диэлектрик жылжу кристалдарынан куралса. онда ыгысу поляризациясы *-* ионнын *+* ионга караганда жылжуы салдарынан орын алады. Ыгысу поляризасиясы тез орын алады. е^- -да ыгысу поляризациясынын орындалу уакыты 10^-14 -10^-15 с. Егер кебир атом не ион электр орисинин орис кернеулигинин Е асеринде болса, онда е^- -р ориске карай жылжиды. Дипольди момент жуйеси пайда болады, буны дипольди моиент тез поляризациясы деп атайды. Ол тек орис асер еткен жерде гана пайда болады. Мундай дипольди поляризациянын атомдар немесе ионда пайда болад. е^- - ды поляризация деп аталады немесе е^- -орбитасынын ыгысу поляризациясы деп аталады.

Kx=qE

k – серпимдилик коэффициенти

E-орис кернеулиги

Осы кезде дипольди момент пайда болады.

m= qx x=qE/K

m= q²E/K, ягни индуцирленген момент орис кернеулигине пропорционал. Егер зарядтын ыгысуы атомда не ионда болса, онда е^- ядрога карай жылжиды.

f=kx – квазисерпимди куш

f=f₀sin=(q₁q₂x)/(r²+x²)^3/2

q₁-ядро заряды.q₂-e^- -нын заряды. х-ыгысу r-орбита. Егер х<<r квазисерпимди куштердин е^- -га асери,онын ыгысу кезинде,ягни куш ыгысуга тура пропорционал.

Н₂ атомы ушин ядро заряды е^- -нын зарядына тен. Серпимди коффициент k=f/x=q²/r³; q²/k=r³ -H₂ атомы ушин орбита радиусы(1,5*10^-8см)

Атомда орбиталдардагы е^--нын санын кобейтсек,полризациолану да оседи,ягни арбир е^- электр орисинин асеринен ыгысуга ие болады. Электр орисинин асеринен ыгысуга коп ие болган ол валентти е^- -р. Артурли атомдардын поляризациялануы 10^-14 кобинесе,ионнын е^- -дын поляризациялануы осы манге ие.

 

4. Укажите, в чем заключается поляризация упругосвязанных полярных молекул диэлектрика? Диэлектриктің серпімді байланысқан полярлы молекулаларының поляризациясы неден тұрады?

Поляризацияны 2 топқа бөлеміз: серпімді және релаксациялық деп.

Материалға электр өрісі әсер еткен кезде энергия жойылмайды, диэлектрик қызбайды-бұл, серпімді поляризация. Атом, молекула, иондар тек қана өз ориентациясын өзгертеді.

Релаксациялық поляризация болғанда электр өрісі әсерінен материал ішінде кернеулік жылдам өзгермейді, керннеулікті өзгерту үшін белгілі уақыт керек. Ондай кернеуліктің өзгерісі болғаннан кейін диэлектрик қызады.

Поляризация 8-ге бөлінеді, соның ішіндесерпімді поляризация түрлері:

- Электрондық,

- Иондық,

Қалғандары релаксациялық поляризация түрлері.

Электрондық поляризация кезінде τ=10^-15 с уақыт аралығында серпімді диполь пайда болады. Ол кезде:

ε=1+nα,

мұндағы n-атомдар немесе молекулалардың концентрациясы,

α-электронды поляризациялану. Егер материал таза элемент болатын болса ε=n² – шыныда.

Иондық поляризация. Электрондар қозғалғанда серпімді әсерінде иондық поляризация пайда болады. 10^-13 с уақыт ішінде серпімді әсерден диполь моменті пайда болады.

Дипольды релаксацияланған поляризация. Егер диэлектрикке электр өрісі мен жылу әсер ететін болса, онда дененің ішінде бұрылуы мүмкін, немесе диполь ориентациясы өзгеруі мүмкін, немесе диполь ориентациясы өзгеруі мүмкін. Сонда қатты денеде электромагнитті (дипольдің) пайда болуы:

µ=ql

q-бір ион заряды

l- ионның центрден ара қашықтығы.

Мұндай диэлектриктер – полярлы деп аталады.

Электронды релаксацияланған поляризация. Диэлектрикке жылу әсер еткен кезде диэлектрик ішінде электрондар немесе кемтіктер пайда болады. Олар шоғырланып, поляризация пайда болады. Осындай поляризация кезінде қатты денеде сыну көрсеткіші өте жоғары болады және электрөткізгіштік артады.

Серпімді дипольді поляризация. Егер кристалдарда дипольді молекулалар бекітілетін болса, онда сыртқы әсер болғанда (электр өрісі мен температура) онда молекулалар аз ғана бұрышқа (5-8 градусқа) бұрылуы мұмкін. Мұндай поляризация серпімді дипольді поляризация деп аталады.

 

Укажите особенности поляризованности диэлектрика в электрическом поле.

Электр өрісіндегі диэлектрик поляризациясының ерекшеліктерін көрсет.

Диэлектриктер (немесеизоляторлар) депэлектр тогын өткiзбейтiн денелердi айтады. Изолятордың немесе диэлектриктiң еркiн электр заряды жоқ нейтраль атомдарда электрондар мен ядролар бiр-бiрiмен байланысқан және электр өрiсiнiң әсерiнен бүкiл денеге орын ауыстыра алмайды. Өткiзгiштер мен диэлектриктер электростатикалық өрiсте өздерiн әрқалай ұстайды. Диэлектрик iшiнде электр өрiсi болуы мүмкiн; бұл жағдайда диэлектрик өрiске белгiлi бiр әсер бередi. Диэлектриктердi екi түрге ажыратады: полярлық емес және полярлық. Полярлық емес диэлектриктер молекулаларында және атомдарында оң және терiс зарядтардың таралу центрлерi сәйкес келедi (4.6 – сурет).

4.6-сурет

Полярлық емес диэлектриктер – инерттi газдар, сутегi, азот, көмiртегi және басқалар.

Полярлық диэлектриктер молекулаларында оң және терiс зарядтардың центрлерi сәйкес келмейдi. Электр диполiнiң негiзгi сипаттамасы диполь (электр) моментi деп аталатын векторлық физикалық шама болып табылады. Бұл моменттiң модулi заряд q модулiнiң арақашықтыққа L көбейтiндiсiне тең:

(4.5)

Дипольдiк момент бағыты дипольдiң терiс зарядтан оң зарядқа қараған осiмен сәйкес келедi. Полярлық диэлектриктерге спирт, су және басқа заттар жатады. Диэлектриктiң iшкi электр өрiсiне орын ауыстыру кезiнде поляризация процесi жүредi. Поляризация деп диэлектриктiң оң және терiс байланысқан зарядтарының қарама-қарсы бағыттарда араласуын айтады. Диэлектрик iшiнде дипольдердiң оң және терiс заряды бiр-бiрiн теңгередi және орташа байланысқан заряд бұрынғыдай нөлге тең.

4.8-сурет

Диэлектрик бетiндегi байланысқан заряд, iшкi өрiстiң кернеулiгiне керi бағытталған өзiнiң кернеулiгi меншiктi электр өрiсiн туғызады (4.8 – сурет). Сондықтан диэлектрик iшiндегi қорытқы өрiс бәсеңдейдi. Бәсеңдеу дәрежесi диэлектриктiң қасиетiне байланысты. Ортаның диэлектриктiк өтуi (енуi)деп бiртектi диэлектрик iшiнде электр өрiсi кернеулiгiнiң модулi бостықтағы (вакуумдегi) өрiс кернеулiгi модулiнен неше есе кем екенiн көрсететiн физикалық шама:

(4.6)

Поляризациялану векторы – шексізаз көлемді диэлектриктің толық дипольдік моментінің осы көлемге қатынасына тең, тұтас диэлектриктің поляризациялану дәрежесін сипаттайтын физикалық шама.

, (111) мұндағы: диэлектриктің і -ші молекуласының дипольдік моменті,

сыртқы электр өрісіндегі дилектриктің дипольдік моменті.

изотроптық диэлектрикте (сегнетоэлектриктен басқа) поляризациялану:

. (112) диэлектриктің e өтімділігі мен c алғырлығы арасындағы байланыс: . (113)

біртекті электр өрісінде поляризацияланған диэлектрикте байланған зарядтардың электр өрісі кернеулігі сыртқы өріске қарсы бағытталып әлсіретеді (24-сурет) . қортқы электр өрісі: сыртқы электр өрісі кернеулігі мен диэлектриктегі электр өрісі кернеулігі арасындағы байланыс:

. (114)

 

 

2-3)

В чем заключается электронная поляризация смещения в атомах диэлектрика?

Укажите особенности электронной поляризации смещения в ионах диэлектрика.

Электронды жылжу поляризациясы. Орналастыру уакыты. электрондарды жылжу поляризациясы кезіндегі поляризациялану теңдеуі.

Электронды поляризация атомдардың және иондардың электронды қабықшасының деформациясын және серпімді жылуын көрсетеді

Электронды поляризация орналасу уакыты оте аз τ=10^-35 c. Атомдардын не иондардын. электрондык орбиталдардын жылжуы жане деформасиясы температурага байланысты емес,бирак ε_r салынады электр отимдилик Т↑ зат тыгыздыгынын кемуимен бираз кемиди. Электронды поляризация диэлектриктин барлык туринде кездеседи жане энергия жогалтуымен байланысты емес.

Диэлектриктин электронды поляризациясы..

Р= =nµ=nαE

µ=αE α-поляризуемость

Е- орис кернеулиги

n-молекулалар консентрациясы.

Ыгысу поляризациясы 1-ден атомда жане ионда оте аз байланыскан е-дардын ыгысу салдарымен жане 2-ден мол-де иондардын жылжуынан болады. эгер диэлектрик жылжу кристалдарынан куралса. онда ыгысу поляризациясы *-* ионнын *+* ионга караганда жылжуы салдарынан орын алады. Ыгысу поляризасиясы тез орын алады. е^- -да ыгысу поляризациясынын орындалу уакыты 10^-14 -10^-15 с. Егер кебир атом не ион электр орисинин орис кернеулигинин Е асеринде болса, онда е^- -р ориске карай жылжиды. Дипольди момент жуйеси пайда болады, буны дипольди моиент тез поляризациясы деп атайды. Ол тек орис асер еткен жерде гана пайда болады. Мундай дипольди поляризациянын атомдар немесе ионда пайда болад. е^- - ды поляризация деп аталады немесе е^- -орбитасынын ыгысу поляризациясы деп аталады.

Kx=qE

k – серпимдилик коэффициенти

E-орис кернеулиги

Осы кезде дипольди момент пайда болады.

m= qx x=qE/K

m= q²E/K, ягни индуцирленген момент орис кернеулигине пропорционал. Егер зарядтын ыгысуы атомда не ионда болса, онда е^- ядрога карай жылжиды.

f=kx – квазисерпимди куш

f=f₀sin=(q₁q₂x)/(r²+x²)^3/2

q₁-ядро заряды.q₂-e^- -нын заряды. х-ыгысу r-орбита. Егер х<<r квазисерпимди куштердин е^- -га асери,онын ыгысу кезинде,ягни куш ыгысуга тура пропорционал.

Н₂ атомы ушин ядро заряды е^- -нын зарядына тен. Серпимди коффициент k=f/x=q²/r³; q²/k=r³ -H₂ атомы ушин орбита радиусы(1,5*10^-8см)

Атомда орбиталдардагы е^--нын санын кобейтсек,полризациолану да оседи,ягни арбир е^- электр орисинин асеринен ыгысуга ие болады. Электр орисинин асеринен ыгысуга коп ие болган ол валентти е^- -р. Артурли атомдардын поляризациялануы 10^-14 кобинесе,ионнын е^- -дын поляризациялануы осы манге ие.

 

4. Укажите, в чем заключается поляризация упругосвязанных полярных молекул диэлектрика? Диэлектриктің серпімді байланысқан полярлы молекулаларының поляризациясы неден тұрады?

Поляризацияны 2 топқа бөлеміз: серпімді және релаксациялық деп.

Материалға электр өрісі әсер еткен кезде энергия жойылмайды, диэлектрик қызбайды-бұл, серпімді поляризация. Атом, молекула, иондар тек қана өз ориентациясын өзгертеді.

Релаксациялық поляризация болғанда электр өрісі әсерінен материал ішінде кернеулік жылдам өзгермейді, керннеулікті өзгерту үшін белгілі уақыт керек. Ондай кернеуліктің өзгерісі болғаннан кейін диэлектрик қызады.

Поляризация 8-ге бөлінеді, соның ішіндесерпімді поляризация түрлері:

- Электрондық,

- Иондық,

Қалғандары релаксациялық поляризация түрлері.

Электрондық поляризация кезінде τ=10^-15 с уақыт аралығында серпімді диполь пайда болады. Ол кезде:

ε=1+nα,

мұндағы n-атомдар немесе молекулалардың концентрациясы,

α-электронды поляризациялану. Егер материал таза элемент болатын болса ε=n² – шыныда.

Иондық поляризация. Электрондар қозғалғанда серпімді әсерінде иондық поляризация пайда болады. 10^-13 с уақыт ішінде серпімді әсерден диполь моменті пайда болады.

Дипольды релаксацияланған поляризация. Егер диэлектрикке электр өрісі мен жылу әсер ететін болса, онда дененің ішінде бұрылуы мүмкін, немесе диполь ориентациясы өзгеруі мүмкін, немесе диполь ориентациясы өзгеруі мүмкін. Сонда қатты денеде электромагнитті (дипольдің) пайда болуы:

µ=ql

q-бір ион заряды

l- ионның центрден ара қашықтығы.

Мұндай диэлектриктер – полярлы деп аталады.

Электронды релаксацияланған поляризация. Диэлектрикке жылу әсер еткен кезде диэлектрик ішінде электрондар немесе кемтіктер пайда болады. Олар шоғырланып, поляризация пайда болады. Осындай поляризация кезінде қатты денеде сыну көрсеткіші өте жоғары болады және электрөткізгіштік артады.

Серпімді дипольді поляризация. Егер кристалдарда дипольді молекулалар бекітілетін болса, онда сыртқы әсер болғанда (электр өрісі мен температура) онда молекулалар аз ғана бұрышқа (5-8 градусқа) бұрылуы мұмкін. Мұндай поляризация серпімді дипольді поляризация деп аталады.