9(2). Діелектрики. Електричне поле в однорідному діелектрику. Молекулярна картина поляризації діелектрика.

Діелектрики – речовини в яких концентрація вільних носіїв струму дуже мала, а тому вони не проводять струм.

Діелектрики складаються з нейтральних атомів і молекул, позитивний заряд яких зосереджений в ядрах, а негативний в електронних шарах. За характером просторового розташування заряджених частинок в молекулах їх поділяють на полярні і неполярні.

При вивченні електричних полів в діелектрику розрізняють два види електричних зарядів вільні і зв’язані. Отже електростатичне поле в діелектрику порівняно з вакуумом відрізняється тим, що в них крім поля вільних зарядів враховано і поля створені зв’язаними зарядами, яких у вакуумі немає.

Основна фізична властивість за якою різні речовини відносять до діелектриків є особлива поведінка цих речовин в електричному полі:

• поляризація і практично відсутня електропровідність.

При внесенні діелектрика в електричне поле відбувається його поляризація і зміщення зовнішніх електронних хмаринок молекули, впорядковуються диполі, а на протилежних гранях з’являються зв’язані заряди. Разом з тим з’являється поле поляризації діелектрика, протилежне зовнішньому електричному полю. В результаті поле в діелектрику послаблюється в ε раз. → - діелектрична проникність.

Кожен діелектрик характеризується напругою пробою, тобто різниця потенціалів зросте на 1 але, яка веде до лавинного зростання струму крізь діелектрик.

Поляризація полярних діелектриків зводиться до орієнтації їх дипольних моментів у молекулі вздовж поля.

П оляризація неполярних – поява наведених дипольних моментів у без дипольних молекулах.

- дипольний момент одиниці об’єму.

Сегнетоелектриком - наз. кристал, якщо в певній області температур в кристалі виникає спонтанна поляризація P_s, напрям якої можна змінити зовнішнім електричним полем Е. В них виділяють певні області котрі мають дипольний момент, а ці області є поляризовані і наз. домени.

П ’єзоелектрики – це діелектрики які при деформації поля характеризуються утворенням зв’язаного поверхневого заряду без електричного поля.

Піроелектрики – це діелектрики, які при нагріванні чи охолодженні поляризуються.

9(3). Досліди Франка і Герца по визначенню потенціального збудження атомів.

Цей дослід дав пряме дослідження дискретності атомних станів. Ідея Франка і Герца: при непружньому зіткненні електрон може передати атому лише визначену порцію енергії. Вимірюючи енергії які передаються електроном атому при зіткненні можна зробити висновки про різницю енергій відповідних станів в атома.

Схема досліду:

М іж гарячим катодом К і сіткою анода А прикладена різниця потенціалів, яка прискорює електрони які покидають поверхню катода. Електрони прискорюються в атмосфері парів ртуті при малому тиску. В процесі руху електрони зазнають зіткнення з атомами ртуті. За сіткою А розташована пластина В. Між сіткою і пластинкою практично невеликий затримуючий потенціал U_з, таким чином електрони в цьому просторі тормозяться. До пластинки долітають електрони, енергія яких при проходженні сітки >0,5 еВ. Число цих електронів вимірюють по силі струму. В дослідах знімається вольт амперна характеристика.

Щоб пояснити такий характер вольтамперної характеристики, необхідно допустити, що при зіткненні електронів з атомами ртуті, атоми ртуті можуть поглинати лише дискретні порції енергії ≈4,9 еВ. При енергії меншій за 4,5 еВ зіткнення з атомами ртуті можуть бути тільки пружними. Коли різниця потенціалів досягне 4,9 еВ електрони при непружньому зіткненні з атомами ртуті поблизу сітки віддають їм свою енергію. Тому сила струму починає зменшуватися коли різниця потенціалів досягне такого значення, достатнє число електронів після непружнього зіткнення встигають набути енергії необхідної для подолання затримуючого потенціалу, починається новий ріст сили струму. Аналогічні досліди проведені з іншими атомами. Для них всіх було отримано характерні різниці потенціалів, які наз. резонансними потенціалами. Резонансний потенціал відповідає переходу атома з основного стану в найближчий збуджений.

БІЛЕТ 10

10(1). Поверхневий натяг рідин. Змочуваність. Капілярність. Структура рідин. Рідкі кристали.

Рідини за своєю енергією займають проміжне положення між твердими тілами і парами. Рідини міняють свій об’єм, який під дією сили тяжіння набуває форми посудини. У рідин є вільна поверхня. Рідини мaлостисливі, мають властивість текучості. Теплові властивості рідин характеризуються коефіцієнтом теплового розширення . Теплоємність рідин мало відрізняється від теплоємності твердого тіла. Дифузійні процеси в рідинах характеризуються груповими переходами молекул з одних положень рівноваги в інші. Коефіцієнт самодифузії рідин залежить від температури: , де В-коефіцієнт який залежить від природи рідини. В’язкість рідин – це властивість рідин, що характеризує опір їхньої течії під дією зовнішніх сил. Наявність у рідин вільної поверхні, яка є границею фаз, і приводить до існування поверхневих явищ. Молекули розміщені в поверхневому шарі рідини і перебувають у зовсім різних умовах порівняно з тими, що знаходяться в об’ємі рідини. В стані стійкої рівноваги надлишкова поверхнева енергія повинна бути мінімальною. Тому рідина на яку не діють зовнішні сили при умові її практичної нестисливості має обирати форму сфери. Сили поверхневого шару зумовлюють зменшення поверхні рідини. Ці сили напрямлені по дотичних до поверхні рідини. Якщо дротяний контур з рухомою перемичкою АВ помістити у мильний розчин, то він стягується мильною плівкою. Сили поверхневого натягу намагаються скоротити поверхню плівки і перемичка піднімається вгору. У разі зрівноваження сили поверхневого натягу і сили тяжіння перемичка знаходиться в рівновазі. 2F=p де F-сила поверхневого натягу, p-сила тяжіння. Якщо напрям АВ під дією сили F перемістити на dn, то робота виконана нею: ; тоді

Коефіцієнт поверхневого натягу σ – фізична характеристика рідин і рівна відношенню сили прикладеної до ділянки контуру вільної поверхні рідини, до довжини цієї ділянки. [σ]=1Н/м. Якщо молекули рідини притягуються одна до одної слабше, ніж молекули речовини, то рідину наз. змочуючою. Якщо молекули рідини притягаються одна до одної сильніше ніж до молекул твердої речовини, то рідину наз. змочуючою. Трубки з дуже малим діаметром наз. капіляри. Явище піднімання рідини по капілярам наз. капілярним.

Висота піднімання рідини по капілярах:

; σ – поверхневий натяг рідини, ρ – густина рідини, g – прискорення вільного падіння, R – радіус.

Рідкі кристали – це рідини для яких характерним є повний порядок розташування молекул і як наслідок анізотропія механічних, електромагнітних властивостей. При відсутності зовнішньої дії в рідкому кристалі має місце анізотропія діелектричної проникності, магнітної сприйнятливості. В них спостерігається подвійне променезаломлення. Рідкі кристали широко застосовуються в електронних годинниках, калькуляторах, вимірювальних приладах. В комбінуванні з фоточутливими н/п застосовуються як підсилювачі і перетворювачі зображення а також як пристрої оптичної обробки інформації.