ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основные положения теории диэлектриков Поведение диэлектрика в статическом электрическом поле из "Дипломные моменты в органической химии" Исследование электрических характеристик молекул дает важную информацию о распределении зарядов в молекуле и открывает возможность установления многих свойств молекулы, обусловленных ее электрической симметрией. При этом следует выбирать такие электрические свойства молекул, которые были бы доступны теоретической интерпретации. Классическая теория поляризации диэлектриков показывает, что подобные свойства молекул проявляются в поведении вещества в электрическом поле. [c.5] Обычно диэлектрическую проницаемость определяют путем из-й Со и С [3, 5, 7, 8, 12, 13], и затем расчета по формуле (1.5), за исключением тех случаев, когда измерения проводятся при очень низких или очень высоких частотах, для которых применяются другие методы [5, 13]. [c.6] При макроскопическом рассмотрении влияние электрического поля на диэлектрик, приводящее к увеличению емкости конденсатора, эквивалентно заряжению двух поверхностей диэлектрика, непосредственно прилегающих к пластинам конденсатора, зарядами противоположных знаков (рис. 1). [c.6] Величину Р следует рассматривать как поверхностную плотность заряда на диэлектрике. [c.6] Причиной увеличения емкости конденсатора является поляризация диэлектрика под действием приложенного электрического поля. [c.6] Из изложенного выше вытекает, что напряженность поля внутри диэлектрика Е должна слагаться из напряженности поля Ео, созданного зарядами ц на пластинах конденсатора в случае отсутствия диэлектрического вещества, и напряженности поля индуцированных диполей, направленных противоположно о. [c.7] Как видно из (1. 10), величина D пропорциональна Е, причем коэффициентом пропорциональности является величина статической диэлектрической проницаемости. Разница между D н Е зависит от степени поляризуемости диэлектрика в электрическом поле. [c.8] В вакууме, где отсутствует поляризация, D==E и es = l. [c.8] Таким образом, в макроскопической теории электрическое поле в диэлектриках описывается с помощью двух характеристик напряженности макроскопического поля Е и электрической индукции U. [c.8] Дальнейшее рассмотрение вектора поляризации диэлектрика р требует использования молекулярных представлений. Чтобы связать макроскопическое поведение диэлектрика со свойствами отдельных его молекул и установить механизм поляризации, необходимо выяснить, как будет вести себя изолированная нейтральная молекула диэлектрика в электрическом поле. С этой точки зрения все диэлектрики могут быть разделены на неполярные и полярные. У первых молекулы обладают электрической симметрией, центры тяжести положительных и отрицательных зарядов совпадают. Полярные же диэлектрики построены из электрически асимметричных молекул, у которых центры тяжести положительных и отрицательных зарядов находятся на некотором расстоянии I друг от друга и образуют электрический диполь. Таким образом, неполярные молекулы в отсутствие поля не обладают дипольным моментом, а полярные имеют независимо от поля постоянный дипольный момент. [c.8] Вначале рассмотрим поведение молекул, не обладающих постоянными дипольными моментами. [c.8] Из последнего выражения следует, что величина статической диэлектрической проницаемости тем больше, чем больше плотность вещества и поляризуемость молекулы. [c.9] Уравнение (I. 14) не является строгим и имеет ограниченное применение. В первом приближении его можно применять к газам при достаточно низких давлениях, когда расстояния между молекулами столь значительны, что можно пренебречь действием электростатического поля окружающих молекул на фиксированную нами молекулу. Это условие означает, что поляризация от введения газообразного диэлектрика весьма незначительна, так что диэлектрическая проницаемость очень мало отличается от единицы. [c.9] Здесь Ег — напряженность поля, создаваемого молекулами диэлектрика, находящимися вне сферы, и 2 — напряженность поля, создаваемого молекулами, находящимися внутри сферы. [c.10] Формула (I. 19) устанавливает связь статической диэлектрической проницаемости с поляризуемостью молекулы и числом молекул в единице объема, т. е. плотностью вещества. [c.11] Каждый вид поляризуемости характеризуется определенным типом смещения зарядов частиц диэлектрика под действием приложенного электростатического поля. В общем случае все виды поляризуемости могут быть сведены к двум основным 1) упругому смещению зарядов в атомах и молекулах под действием электрического поля 2) ориентации постоянных диполей в направлении приложенного поля. [c.11] Электронная поляризуемость имеет место во всех атомах и молекулах как полярных, так и неполярных диэлектриков, независимо от возможности возникновения в диэлектрике других видов поляризуемости. [c.11] Скорость сдвига зарядов в результате установления электронной поляризуемости чрезвычайно мала, порядка 10 —10 сек, что сравнимо с периодом световых колебаний. [c.12] С увеличением объема электронной орбиты величина электронной поляризуемости растет. Чем электрон дальше отстоит от ядра, тем больше его подвижность (мобильность), тем больше он подвержен воздействию электрического поля. Наиболее высокой поляризуемостью обладают валентные электроны, как наиболее слабо связанные с ядром. [c.12] Таким образом, с увеличением главного квантового числа электронная поляризуемость должна расти. Увеличение числа электронов на одной и той же орбите также должно привести к росту поляризуемости (кэ), так как каждый из электронов будет испытывать некоторую деформацию под влиянием приложенного электрического поля. Вообще говоря, при увеличении числа электронов (при одном и том же главном квантовом числе) электронная поляризуемость может как увеличиваться, так и уменьшаться. Это зависит от того, какой из двух эффектов доминирует — эффект увеличения числа электронов или эффект уменьшения радиусов электронных орбит. Заметим, что электронная поляризуемость должна также зависеть от орбитального квантового числа /. Например, р-электроны, обладающие большей подвижностью по сравнению с -электронами, должны быть более подвержены действию электрического поля. Для молекул, не содержащих сопряженные связи, величины поляризуемостей могут быть рассмотрены как алгебраические суммы поляризуемостей отдельных атомов или связей. При наличии сопряженных связей в молекуле величина электронной поляризуемости превышает аддитивное значение, что объясняется более высокой подвижностью я-электронов в сопряженной системе. [c.12] Вернуться к основной статье