5.2.1 Наведені диполі

ЕЛЕКТРОННА ПОЛЯРИЗАЦIЯ. Розглянемо поляризацiю неполярних молекул. Електрони рiвномiрно розподiленi навколо атомного ядра та атом не має результуючого дипольного моменту, тому поляризацiя вiдсутня. В електричному полi електрони та ядра змiщуються в протилежних напрямках (рис.5.5, а) та в результатi виникае дипольний момент.

Якщо атом елемента з атомним номером Z і радiусом R (визначається як радiус “твердої кульки”) вмiщений в електричне поле E та якщо заряд електронiв рiвномiро розподiлений по всiй сферi ,то змiщення зарядiв можна представити у вiдповiдностi зi схемою зображеною на рис.5.5,б.

d

R

R R

+ -

E

(а) (б)

Рис.5.5. Схема зміщення заряду електронів

На ядро атома дiє двi сили : а) cила F_п зi сторони електричного поля; б) кулонiвська сила F_к, напрямлена до центру електронної хмари, яку можна обчислити, знаючи електронний заряд у серединi пунктирного кола на рис.5.5,б.

F _к = (-1/(4_о)) (Z²e²d³/R³)/d².

Так-як: F_п = ZeE = - F_к, то:

d = 4_оR³/(Ze)E ,

де 4_оR = _ел – поляризованiсть.

p_ел = Zed = Ze4_оR³/(Ze)E = _елE,

Р_ел = N_елE,

де N- число атомiв в одиницi об’єму.

Висновки:

а) бiльшi атоми володiють бiльшою поляризуємiстю;

б) данi про електронну поляризуємість дозволяють оцiнити радiуси атомiв;

в) поляризуємість не залежить вiд температури.

IОННА ПОЛЯРИЗАЦIЯ. Iонна поляризацiя , як i електронна не залежить вiд температури. Характерна для твердих тiл з iонною будовою.

5.2.2. Постійні диполі

Вiдомо, що деякi молекули є полярними, тобто володiють постiйними диполями. В газах та рiдинах при вiдсутностi результуючого електричного поля диполi орiєнтованi хаотично, так, що сумарний момент в одиницi об’єму дорiвнює нулю. Однак при дії поля молекули мають тенденцiю до розташування по напрямку поля (рис.5.6).

Ze +

 d sin 

-Ze

+

E

Рис.5.6. Постійний диполь

Обертаючий момент такого диполя визначається як:

M = (Zed) Esin = p_пE(1 - cos),

де p_п – момент постiйних диполiв.

Потенцiйна енергiя W_п диполя в електричному полi дорiвнює iнтегралу обертаючого моменту:



W_п =  p_пEsind = p_пE (1 - cos).

0

W_п = W_пmin при орiєнтацiї диполя в напрямку поля, та W_п = W_пmax при протилежнiй орiєнтацiї.

Поляризацiю, яку утворюють постiйнi диполi, слiд розглядати як орiєнтацiйну поляризацiю, яка залежить вiд температури ( з пiдвищенням Т порушується упорядкованiсть розташування диполiв ), вiд електричного поля та моменту постiйного диполя:

P_ор = Np_п²E/(3kT).

Зазначимо, що в твердих тiлах та рiдинах можливiсть виникнення орiєнтовної поляризацii сильно обмежена. Це зумовлено по-перше високою густиною, а вiдповiдно й великою кількістю диполiв в одиницi об’єму; i по-друге, значно бiльш тiсніше розташування атомiв та молекул у твердих тiлах потребує врахування впливу локальних полів ( полiв, які утворюються самими диполями ).