Полярные и неполярные молекулы

Поляризация диэлектриков

Электростатическое поле в диэлектрике

К диэлектрикам относится группа веществ, не проводящих электрический ток. Точнее, при равных условиях электропроводность диэлектриков в 10¹⁵-10²⁰ раз ниже, чем у проводников (металлов). В отличие от проводников у диэлектриков нет свободных носителей зарядов, т.е. заряженных частиц, способных перемещаться под действием внешнего электрического поля, приводя к возникновению электрического тока. Однако у диэлектриков имеются “связанные” заряды, которые локализованы на отдельных атомах (молекулах). “Связанные” заряды не могут участвовать в электропроводности, но при внесении диэлектрика во внешнее электростатическое поле они смещаются от положения равновесия и при этом внутри объёма диэлектрика возникает внутреннее электрическое поле.

Явление возникновения в диэлектриках, помещенных во внешнее электрическое поле, собственного внутреннего поля, вызванного смещением “связанных” зарядов, называется поляризацией диэлектрика.

Молекула электрически нейтральна: положительные заряды ядер полностью компенсируются отрицательным зарядом электронов, но несмотря на это молекулы “чувствуют” воздействие со стороны внешнего электрического поля.

Для рассмотрения механизма этого воздействия введём такие понятия, как положительных и отрицательных зарядов.

Пусть в некоторой системе координат положение i-го положительного заряда задаётся радиусом-вектором . Тогда центр положительных зарядов определяется как

,

(2.1)

где – суммарный положительный заряд молекулы.

Заметим, что центр положительных зарядов определяется точно так же, как и цент масс материальных точек (формула (2.9)). Центр отрицательных зарядов определятся аналогично:

,

(2.2)

где – суммарный отрицательный заряд молекулы. Так как молекула электрически нейтральна, то Q⁺=|Q^-|=Q. При этом, однако, может оказаться, что центры положительных и отрицательных зарядов не совпадают (r ₊¹ r _-), т.е. молекулу можно рассматривать как электрический диполь с плечом l=| r ₊- r _-|. Дипольный момент молекулы . Молекулы с отличным от нуля дипольным моментом называются полярными. Типичными полярными молекулами являются соединения атомов первой и седьмой групп. Например, в молекуле HCl электрон атома водорода захватывается хлором – в результате центр положительных зарядов находится вблизи иона H⁺, а отрицательных – вблизи иона Cl^–.

У неполярных молекул центры положительных и отрицательных зарядов совпадают: r ₊= r_–. Дипольный момент неполярных молекул в отсутствие внешнего электрического поля равен нулю. Примером неполярных молекул являются атомарный водород, гелий, симметричные молекулы типа H₂, O₂, бензол и т.д.

Рассмотрим теперь поведение неполярных и полярных молекул во внешнем электростатическом поле.

Дата добавления: 2015-06-04