WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 11 |

«Л.А. Щербаченко Физика диэлектриков Методическое пособие Иркутск 2005 г PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version Содержание Введение ...»

-- [ Страница 1 ] --

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

(ГОУ ВПО ИГУ)

КАФЕДРА ОБЩЕЙ ФИЗИКИ

Л.А. Щербаченко Физика диэлектриков Методическое пособие Иркутск 2005 г PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Содержание Введение

Поляризация диэлектриков.

Поляризованность диэлектрика в электрическом поле.

Электронная поляризация смещения в атомах и ионах

Поляризация ионного смещения

Поляризация упруго связанных полярных молекул.

Поляризация, зависящая от теплового движения

Общие замечания

Тепловая ионная поляризация

Тепловая ориентационная поляризация

Действующее поле в диэлектрике.

Связь между диэлектрической проницаемостью и поляризуемостью для газов, неполярных жидкостей и кубических кристаллов.

Поляризация газов.

Связь между поляризуемостью и диэлектрической проницаемостью для газа

Поляризация неполярных жидких диэлектриков

Электронная поляризация твёрдых диэлектриков.

Поляризация твёрдых диэлектриков, не содержащих ионов, полярных молекул и полярных радикалов.

Краткие сведения о твёрдых кристаллических телах

Поляризация кристаллов с высокой диэлектрической проницаемостью.

Электрические свойства слюды

Введение.

Строение слюды

Активность поверхности

Водные плёнки в слюде

Влияние воды на электрические свойства слюд.

Образец слюды в электрическом поле

Выводы.

Приложение.

Список используемой литературы:

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Введение Когда изучается какой-либо объект или явление, необходимо не только качественно и количественно описать его, но и проникнуть в его сущность. То есть, изучая, например, свойства газа как системы большого числа слабо взаимодействующих молекул, нужно прежде всего ответить на вопрос: “А что такое газ?”. Порой кажется абсурдным отвечать на вопросы, имеющие очевидный ответ. Однако при тщательном изучении сущности объекта вскрываются его характерные черты, признаки и свойства, существенно облегчающие исследование и открытие других более тонких свойств и явлений. Стоит вспомнить, как бессильна классическая механика перед задачей описать поведение газа и как хорошо справляется с ней статистическая физика и термодинамика. Это следствие элементарного рассмотрения сущности газа, его определения. В этом смысле, изучая диэлектрики и их свойства, мы не можем не возвращаться к вопросу: “А что такое диэлектрики?”. Именно поэтому вначале важно рассмотреть процессы в диэлектриках на микроскопическом уровне, а затем уже распространить полученные выводы на весь объём вещества. Это классический (а точнее универсальный) подход классической физики к изучению явлений. При этом, правда, предполагается непрерывность вещества, хотя на самом деле оно состоит из конечного числа частиц. Однако в пределах точности расчётов, приближений и измерений это может быть оправдано.

Итак, обращаясь к сущности диэлектриков, скажем: диэлектрики – это вещества, плохо проводящие ток. Это главная черта диэлектриков, отличающая их от проводниковых материалов. Проводники обладают резко выраженной электропроводностью, в связи с чем существование в них сильных электрических полей невозможно (иначе они просто разрушаются). В диэлектриках же свободных носителей заряда не существует, а потому в них можно накапливать огромную электрическую энергию. Умелое использование замечательных свойств диэлектриков существенно повысит уровень жизни человечества и раскроет новые возможности по созданию долговечных, экологически чистых и ёмких источников электрической энергии. Сейчас дальнейшее развитие электротехники невозможно без поиска и исследования новых материалов с заданными электрическими свойствами, способными работать в широком диапазоне внешних условий. Заметим, что особое значение принимают исследования зависимости свойств этих материалов от того механического состояния, в котором они находятся. Плёнки воды, микротрещины, поры, воздушные полости, т.е. различные дефекты и инородности существенно изменяют свойства образцов, а потому не могут быть оставлены без внимания.

Чтобы глубоко понять и изучить замечательные свойства диэлектриков, а также количественно их охарактеризовать, необходимо, конечно, рассмотреть процессы, проходящие в диэлектриках под действием внешнего поля, и найти величины, определяющие ход этих процессов.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Поляризация диэлектриков Частицы (атомы, молекулы, ионы) диэлектрика под действием электрического поля превращаются в диполи, вследствие раздвижения положительных и отрицательных зарядов, из которых построены эти частицы.

Неравномерность распределения заряда в диэлектрике, вызванная перемещением заряженных частиц в ограниченных областях под действием поля, равнозначна образованию некоторых диполей. Наконец, под действием поля происходит ориентация полярных молекул, если таковые содержатся в диэлектрике. Результат ориентации можно рассматривать как образование в диэлектрике диполей, оси которых расположены по направлению поля. Дипольный момент каждого такого диполя должен быть равен проекции дипольного момента полярной молекулы на направление поля.



Таким образом, действие всех разнообразных типов поляризации диэлектрика можно свести, в конечном итоге, к образованию в диэлектрике некоторого числа диполей, оси которых расположены по направлению поля. При этом положительные полюсы всех этих диполей оказываются сдвинутыми в направлении поля, а отрицательные – в противоположном направлении.

В связи с этим целесообразно характеризовать поляризованный диэлектрик некоторой векторной величиной, связанной с дипольным моментом каждого диполя и с плотностью диполей. Эта величина, равная сумме всех дипольных моментов, образованных в диэлектрике под действием электрического поля, в единице объёма диэлектрика, называется электрическим или дипольным моментом диэлектрика.

Обозначим электрический момент единицы объёма через P. Тогда где m – элементарный дипольный момент, образованный под действием поля в диэлектрике, n – число диполей в 1 см 3 диэлектрика.

Ввиду того, что все элементарные дипольные моменты, образованные под действием поля в диэлектрике, имеют одно и то же направление – направление поля, векторную сумму (1) можно заменить Если число поляризующихся частиц в единице объёма диэлектрика равно n и средний дипольный момент каждой частицы, образованный под действием поля, равен m, то Очевидно, что чем сильнее поляризован диэлектрик, тем больше электрический момент единицы объёма P.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Величину P можно связать с диэлектрической проницаемостью С другой стороны, электрический момент единицы объёма может быть вычислен, если известны электрические моменты диполей, образованных под действием поля. Эти последние могут быть связаны с молекулярными константами диэлектрика. Таким образом, диэлектрическую проницаемость можно связать с молекулярными константами диэлектрика через электрический момент единицы объёма.

Как уже указывалось выше, процесс поляризации диэлектрика имеет весьма сложный характер.

Разберём последовательно каждый из отдельных видов поляризации диэлектрика.

Наиболее общей для всех диэлектриков является поляризация смещения зарядов в атомах, ионах или молекулах, из которых построен диэлектрик. Поляризация смещения может иметь место, вследствие, вопервых, смещения наиболее слабо связанных (валентных) электронов в атоме или ионе и, во-вторых, за счёт смещения ионов в молекуле. В тех случаях, когда диэлектрик построен из ионов (ионный кристалл), поляризация смещения имеет место также и за счёт смещения положительных ионов относительно отрицательных.

Поляризация смещения устанавливается быстро. Время установления поляризации электронного смещения сравнимо с периодом световых колебаний и составляет 10 14 10 15 сек. Время установления поляризации ионного смещения сравнимо с периодом собственных колебаний иона в положении равновесия и составляет 10 12 10 13 сек.

Если некоторый атом или ион находится под действием электриr ческого поля с напряжённостью поля E, то электроны смещаются против поля, а ядро – в направлении поля. Образуется система, обладающая некоторым дипольным моментом. Этот дипольный момент мы будем называть наведённым или индуцированным. Он существует только тогда, когда действует поле. Такое образование дипольного момента в атоме или ионе носит название электронной поляризации, или поляризации смещения электронных орбит.

Тогда под действием поля он сместится на некоторое расстояние x в направлении поля и будет находиться в равновесии, если где k – коэффициент упругой связи, а E – напряжённость поля. При этом образуется дипольный момент PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com оболочки атома водорода под действием электрического поля (простейшая модель).

называется поляризуемостью данной системы. Из формулы (3) видно, что Если смещение заряда происходит в атоме или ионе, то смещается электрон относительно ядра. При малых смещениях электрона можно считать, что возвращающая сила прямо пропорциональна расстоянию, т.е. действительно является квазиупругой силой f = kx. Для простейшей модели атома водорода это легко показать (рис.1). Пусть орбита электрона под действием внешней перпендикулярной ей силы сместилась на расстояние x от ядра. Тогда возвращающая сила будет равна проекции силы притяжения между электроном и ядром f 0 на т.е. действительно возвращающая сила прямо пропорциональна Грубый подсчёт даёт возможность оценить поляризуемость атома Формула (5) даёт выражение квазиупругой силы, действующей на электрон при его смещении. Для атома водорода заряд ядра равен заряду электрона. Коэффициент упругости k будет равен Поляризуемость можно вычислить, пользуясь выражением (4):

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com Для атома водорода радиус орбиты порядка 0,5 10 8 см, а следовательно, = 0,125 10 24 см 3. Измерения дают, как будет показано ниже, результат того же порядка. Более строгий квантовомеханический расчёт даёт результат, по порядку совпадающий с (6):

т.е. поляризуемость водородного атома оказывается близкой к кубу радиуса электронной орбиты. Формула (6а) даёт результат, хорошо согласующийся с опытом.

Для более сложных атомов формула (6а) непригодна. Однако можно ожидать, что с увеличением радиуса электронной орбиты поляризуемость атома должна сильно возрастать, так как связь между электроном и ядром при этом уменьшается.

При увеличении числа электронов на орбитах в атоме поляризуемость также должна расти; каждый электрон будет испытывать под действием электрического поля некоторое смещение. Наибольшее смещение под действием поля должны испытывать валентные электроны, как наиболее слабо связанные с ядром.

Исходя из этих соображений, можно предсказать, в каком направлении должна изменяться поляризуемость атома при переходе от одного элемента к другому в том порядке, в каком они расположены в периодической системе Менделеева. При переходе вдоль столбцов таблицы Менделеева сверху вниз поляризуемость атома от элемента к элементу должна увеличиваться. Действительно, при таком переходе общее число электронов на орбитах увеличивается, и радиус внешней орбиты растёт. Это положение иллюстрируется данными, сведёнными в таблицу 1 (см. приложение).



Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 11 |

Похожие работы:

«МИНОБРНАУКИ РОССИИ ФГБОУ ВПО УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра общей и неорганической химии Л.Э. Стенина Л.В. Демидова ХИМИЯ Методические указания и контрольные задания для самостоятельной работы студентов специальностей 250401 Лесоинженерное дело 250403 Технология деревообработки 270205 Строительство автомобильных дорог и аэродромов сокращенной формы обучения (с решением типовых задач) Екатеринбург 2011 Печатается по рекомендации методической комиссии ИЭФ. Протокол...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования “Оренбургский государственный университет” Н.А.ТИШИНА ОСНОВЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ МАТЕМАТИКИ Рекомендовано Ученым советом государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования Оренбургский государственный университет в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по программам высшего...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования АМУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (ГОУВПО АмГУ) Рентгеноструктурный анализ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ по направлению подготовки 010600.68 - Прикладные математика и физика Утвержден на заседании кафедры физического материаловедения и лазерных технологий _ _ 201_г., (протокол № от _201 ) Зав. кафедрой Е.С.Астапова 2010 г. 1 Печатается по решению...»

«Министерство образования Российской Федерации РОСТОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Бойко К.В., Нойкин Ю.М., Заргано Г.Ф. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к выполнению специального лабораторного практикума “Нелинейные твердотельные устройства СВЧ” (специальность 071500, радиофизика и электроника) Часть XVI МАЛОШУМЯЩИЙ УСИЛИТЕЛЬ НА ПТШ Ростов-на-Дону 2001 2 ОГЛАВЛЕНИЕ 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ 1.1 Энергетические характеристики шумовых сигналов 1.2 СВЧ четырёхполюсники 2. ОБЩИЕ...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского Национальный исследовательский университет Учебно-научный и инновационный комплекс Исследовательская школа по лазерной физике Бакунов М.И. Царев М.В. Горелов С.Д. ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКОЕ СТРОБИРОВАНИЕ Электронное методическое пособие Блок мероприятий 2. Повышение эффективности научно-инновационной деятельности Учебная дисциплина: Генерация и регистрация терагерцового излучения...»

«Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования Международный государственный экологический университет имени А. Д. Сахарова Факультет экологической медицины Кафедра биохимии и биофизики Л. Ф. ПОДОБЕД, А. К. БАЕВ СБОРНИК ЗАДАЧ ПО АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА Минск 2007 УДК 543(075.8) ББК 24.4я73 П44 Рекомендовано к изданию научно-методическим советом МГЭУ им. А. Д. Сахарова (протокол № 4 от 20 декабря 2006 г.). Авторы: преподаватель МГЭУ им. А. Д. Сахарова...»

«Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова Физический факультет В. Т. Волков, А. Г. Ягола Интегральные уравнения Вариационное исчисление Методы решения задач Учебное пособие для студентов 2 курса физического факультета Москва 2006 ЛИТЕРАТУРА Основная 1. Ягола А.Г. Интегральные уравнения. Вариационное исчисление. (общий курс). Курс лекций опубликован в Интернет: http://afrodita.phys.msu.ru/download/inteq/yagola/. 2. Васильева А.Б., Тихонов Н. А. Интегральные уравнения. М.:...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уральский государственный университет им. А.М. Горького ИОНЦ Нанотехнологии и перспективные материалы Физический факультет Кафедра компьютерной физики Фотолитография Методические указания Подпись руководителя ИОНЦ Дата Екатеринбург 2008 Методические указания по изучению специальной дисциплины Фотолитография составлены в соответствии с требованиями регионального компонента к...»

«Титульный лист методических Форма рекомендаций и указаний, методических Ф СО ПГУ 7.18.3/40 рекомендаций, методических указаний Министерство образования и науки Республики Казахстан Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова Кафедра Вычислительная техника и программирование МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И РЕКОМЕНДАЦИИ к лабораторным работам по дисциплине Компьютерное моделирование для студентов специальности 050704 Вычислительная техника и программное обеспечение Павлодар Лист...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ивановская государственная текстильная академия (ИГТА) Кафедра химии КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ методические указания к практическим занятиям для студентов специальности 100103 (230500) Иваново 2007 Практические занятия по КСЕ, предлагаемые в данных методических указаниях, построены в виде семинаров и лабораторных работ. Обсуждение истории естествознания, концепций...»




 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.