3.Електричні властивості діелектриків. Електронна теорія орієнтаційного механізму поляризації.

За електричними властивостями діелектрики поділяються на два класи.

1. Діелектрики, молекули яких побудовані симетрично, так, що у відсутності поля їх власний дипольний момент дорівнює нулю. Такі діелектрики називаються неполярними (квазіпружними). До цього класу діелектриків належать гази: N₂, H₂ , CO₂, CH₂, CCl₄.

2. Діелектрики, молекули яких у відсутності поля мають власний дипольний момент, але в наслідок теплового хаотичного руху сумарний дипольний момент у відсутності поля дорівнює нулю. Такі діелектрики називають полярними. До них належать: гази: NH₃, SO₂, H₂S; рідини: H₂O, нітрогліцерин, ефір, органічні кислоти.

Розглянемо неполярні діелектрики.

При накладанні зовнішнього електричного поля сумарний дипольний момент відмінний від нуля. Причому

p=βE(1)

β- коефіцієнт поляризації молекули.

Дипольний момент молекули можна записати:

p=el(2)

Сумарний дипольний момент одиниці об’єму:

(3)

Якщо під дією поля виникає зміщення зарядів, то можна сказати, що між цими зарядами виникають квазіупружні сили, пропорційні зміщенню:

(4)

k - коефіцієнт пружності.

Звідси

(5)

Тому дипольний момент дорівнює

(6)

Підставляючи (6) в (3) одержимо

Np=αε₀E

або

Звідси

(7)

Для неполярних діелектриків коефіцієнт поляризації(діелектрична сприйнятливість) є постійною величиною і не залежить від температури.

Полярні діелектрики.

Щоб встановити залежність коефіцієнта поляризації від температури необхідно використати відомості із статфізики (розподіл Больцмана у зовнішньому потенціальному полі).

Число молекул, дипольні моменти яких лежати в межах кутівθ, θ+dθ задаються формулою Больцмана:

(8)

де U – потенціальна енергія. Для диполів у зовнішньому полі:

Повне число молекул:

(9)

(10)

(11)

Знайдемо вектор поляризації

(12)

Звідси:

Розглянемо інтеграл

Визначимо

Розглянемо випадок x<<1 Тоді cth x можна розкласти в ряд:

Тому

(13)

Останнє співвідношеня— Закон Кюрі

4.Магнітні властивості речовин.

За своїми магнітними властивостями всі речовини поділяються на три основні три типи:

1. діамагнетики

2. парамагнетики

3. феромагнетики.

Під дією магнітного поля в речовині виникає намагнічення. Величина намагнічення характеризується вектором магнітної поляризації J, де J - сумарний магнітний момент одиниці об’єму.

Є речовини, в яких при відсутності поля J=0 і є речовини, в яких магнітний момент J≠0 навіть при відсутності поля. Намагнічування пов’язане з напруженістю магнітного пооля співвідношенням:

J=χH(1)

де χ – магнітна сприйнятливість.

В залежності від величини і від знака χ магнетики діляться на діамагнетики і парамагнетики.

Якщо в речовині χ<0 i χ ≈ 10^{-6 г}/_моль – речовини називаються діамагнетики. В цьому випадку магнітний момент J буде орієнтуватися проти поля.

Теорема Лармора: в магнітному полі електрон здійснює прецесію (рухається по орбіті) навколо напрямку магнітного поля з частотою

Оскільки електрон має від’ємний заряд, а за напрям струму вибирається напрям додатного заряду, то напрям – проти поля.

До діамагнетиків відносяться всі інертні гази і більшість газів, молекули яких є насичені хімічні сполуки, всі прості ізолятори і майже половина металів (мідь, срібло, золото, цинк, ртуть). Серед металів зустрічаються аномальні діамагнетики, сприйнятливість яких в 10 – 100 більша нормальних і при чому залежить від температури і величини поля.

До парамагнетиків належать речовини, в яких χ > 0 i χ ≈ 10^-6-10^{-4 г}/_моль

До них належать деякі гази O₂, N₂, CO₂, кристалогідрати солей рідко земельних елементів (Cd₂SO₄), солі металів групи платини і заліза.

В нормальних парамагнетиків χ залежить від температури по закону Кюрі:

χ=const/T (2)

Існують аномальні парамагнетики, в яких χ залежить від поля – мета магнетики

Речовини з дуже великою (до 10³) сприйнятливістю і χ >0, яка має складну залежність від поля називаються феромагнетики.