Dielektrik

Диэлектрик — ўзига хос электр ўтказувчанлиги паст бўлган модда. Идеал диэлектрик умуман оқим ўтказмайди, унинг ўтказувчанлиги нолга тенг. Диэлектрикларга пиэзоэлектриклар, ферроэлектриклар, электретлар ва бошқалар киради. Диэлектрик материал электр майдонига жойлаштирилганда, электр зарядлари электр ўтказгичдаги каби материал орқали ўтмайди, чунки улар материал бўйлаб силжиши мумкин бўлган эркин боғланган ёки эркин электронларга эга эмас, аксинча улар ўртача мувозанат позицияларидан озгина силжийди ва натижада диэлектрик поларизация. Диэлектрик қутбланиш туфайли мусбат зарядлар майдон йўналиши бўйича силжийди ва манфий зарядлар майдонга тескари йўналишда силжийди (масалан, агар майдон мусбат х ўқига параллел ҳаракат қилса, манфий зарядлар манфий х йўналишда силжийди).

Диэлектрик билан текислик чегараси ёнидаги нуқтавий заряд ҳам унинг ҳолатига, ҳам диэлектрик доимийсига бог'лиқ бо'лган электр майдонини яратади (диэлектрик доимийси қанчалик юқори бо'лса, ичидаги майдон шунчалик заиф бо'лади).

Бу диэлектрикнинг ўзида умумий майдонни камайтирадиган ички электр майдонини ҳосил қилади. Агар диэлектрик заиф боғланган молекулалардан ташкил топган бўлса, бу молекулалар нафақат қутбланади, балки уларнинг симметрия ўқлари майдонга тўғри келиши учун ҳам йўналтирилади. Диэлектрик хусусиятларини ўрганиш материалларда электр ва магнит энергияни сақлаш ва тарқатиш билан боғлиқ. Диэлектриклар электроника, оптика, қаттиқ жисмлар физикаси ва ҳужайра биофизикасидаги турли ҳодисаларни тушунтириш учун муҳимдир. Терминология Изолятор атамаси паст электр ўтказувчанлигини назарда туца-да, диэлектрик одатда юқори поларизацияга эга материалларни англатади. Иккинчиси нисбий ўтказувчанлик деб аталадиган рақам билан ифодаланади. Атама изолятор одатда электр обструкциясини кўрсатиш учун ишлатилади диэлектрик материалнинг энергия сақлаш қобилиятини кўрсатиш учун ишлатилади (ёрдамида поларизация). Диэлектрикнинг кенг тарқалган мисоли-бу кондансаткичнинг металл плиталари орасидаги электр изоляцион материал. Қўлланиладиган электр майдони томонидан диэлектрикнинг қутбланиши берилган электр майдон кучи учун кондансаткичнинг сирт зарядини оширади. Диэлектрик атамаси Майкл Фарадейнинг илтимосига жавобан Уилям Вюэлл (диа + элеcтриc дан) томонидан киритилган. мукаммал диэлектрик нол электр ўтказувчанлик билан моддий эмас мукаммал ўтказгич чексиз электр ўтказувчанлиги), шундай қилиб, фақат силжиш оқимини намойиш этади; шунинг учун у электр энергиясини худди идеал кондансаткич каби сақлайди ва қайтаради. Диэлектрик материалнинг электр сезувчанлиги э электр майдонига жавобан унинг қанчалик осон қутбланишини ўлчайди. Бу, ўз навбатида, материалнинг электр ўтказувчанлигини аниқлайди ва шу билан кондансаткичларнинг сиғимидан ёруғлик тезлигигача бўлган бошқа кўплаб ҳодисаларга таъсир қилади.

Бу мутаносибликнинг доимийлиги сифатида аниқланади (бу тенсор бўлиши мумкин) электр майдони билан боғлиқ Э индукция қилинган диэлектрик поларизация зичлигига П шундай қилиб

Дисперсия ва неденселлик

Умуман олганда, материал амалий майдонга жавобан бир зумда қутблана олмайди. Вақт функцияси сифатида кўпроқ умумий формулалар

Яъни, қутбланиш-бу электр майдонининг олдинги вақтлардаги конволюцияси боғлиқ сезувчанлик билан берилган. Ушбу интегралнинг юқори чегараси чексизликка қадар кенгайтирилиши мумкин, агар кимдир белгиласа.эТ) = 0Т< 0. Бир лаҳзали жавоб Дираc делта функциясининг таʻсирчанлигига .

Чизиқли тизимда Фуре конвертациясини олиш ва бу муносабатни частота функцияси сифатида ёзиш қулайроқдир. Конволюция теоремаси туфайли интеграл оддий маҳсулотга айланади,

Сезувчанлик (ёки унга тенг равишда ўтказувчанлик) частотага боғлиқ. Частотага нисбатан сезувчанликнинг ўзгариши материалнинг дисперсия хусусиятларини тавсифлайди.

Бундан ташқари, аслида бу поларисатион мумкин, фақат боғлиқ электр майдон да олдинги марта (яʻни, χ_э(Δт) = 0 учун Δт < 0), а натижасида cаусалитй, юклайди сабабли Крамерс–Крониг чекловлар бўйича ҳақиқий ва хаёлий

Асосий атом модели

Диэлектрикка классик ёндашувда материал атомлардан иборат. Ҳар бир атом унинг марказида мусбат нуқта зарядига боғланган ва уни ўраб турган манфий заряд (электронлар) булутидан иборат. Электр майдони мавжуд бўлганда, расмнинг юқори ўнг қисмида кўрсатилгандек, заряд булути бузилади.

Буни оддий диполга камайтириш мумкин суперпозиция принципи. Дипол унинг дипол моменти билан тавсифланади, а вектор миқдори расмда кўрсатилган кўк ўқ белгиланган М. бу электр майдони ва дипол моменти ўртасидаги муносабатлар диэлектрикнинг хатти-ҳаракатларини келтириб чиқаради. (Дипол моменти расмдаги электр майдони билан бир хил йўналишга ишора қилишини унутманг. Бу ҳар доим ҳам шундай эмас ва бу катта соддалаштириш, аммо кўплаб материаллар учун тўғри келади.)

Электр майдони олиб ташланганда атом асл ҳолатига қайтади. Бунинг учун зарур бўлган вақт дам олиш вақти деб аталади; экспоненсиал парчаланиш.

Бу физикадаги моделнинг моҳияти. Диэлектрикнинг ҳаракати энди вазиятга боғлиқ. Вазият қанчалик мураккаб бўлса, хатти-ҳаракатни аниқ тасвирлаш учун модел шунчалик бой бўлиши керак.

Электр майдони ўртасидаги муносабатлар Э ва дипол моменти М нинг хатти-ҳаракатларини келтириб чиқаради диэлектрик, бу маʻлум бир материал учун функция билан тавсифланиши мумкин Ф тенглама билан белгиланади:

Электр майдонининг тури ҳам, материал тури ҳам аниқланганда, қизиқиш ҳодисаларини тўғри башорат қиладиган энг оддий ф функциясини танлайди.

Диполяр поларизация

Диполяр поларизация а қутбланиш бу ёки қутб молекулаларига хосдир (ориэнтация поларизацияси), ёки ядроларнинг ассиметрик бузилиши мумкин бўлган ҳар қандай молекулада индукция қилиниши мумкин (бузилиш поларизацияси). Ориэнтация поларизацияси доимий диполдан келиб чиқади, масалан, сув молекуласидаги кислород ва водород атомлари орасидаги ассиметрик боғланишлар орасидаги 104,45 дан келиб чиқадиган, ташқи электр майдони бўлмаганда поларизацияни сақлайдиган бурчак. Ушбу диполларнинг йиғилиши макроскопик поларизацияни ҳосил қилади.

Ташқи электр майдони қўлланилганда, кимёвий боғланиш билан боғлиқ бўлган ҳар бир доимий дипол ичидаги зарядлар орасидаги масофа ориэнтация поларизациясида доимий бўлиб қолади; аммо, поларизация йўналиши ўзи айланади. Ушбу айланиш моментга ва атрофдаги молекулаларнинг маҳаллий ёпишқоқлигига боғлиқ бўлган вақт ўлчовида содир бўлади. Айланиш оний бўлмагани учун диполяр қутбланишлар энг юқори частоталарда электр майдонларига жавобни йўқотади. Молекула суюқликда пикосекундда тахминан 1 радиан айланади, шунинг учун бу йўқотиш тахминан 10 ¹¹ Гц (микротўлқинли минтақада) содир бўлади. Электр майдонининг ўзгаришига жавобнинг кечикиши ишқаланиш ва иссиқликни келтириб чиқаради.

Ташқи электр майдони инфрақизил частоталарда ёки ундан камроқ қўлланилганда, молекулалар майдон томонидан эгилиб чўзилади ва молекуляр дипол моменти ўзгаради. Молекуляр тебраниш частотаси тахминан молекулаларнинг эгилиши учун зарур бўлган вақтга тескари ва бу бузилиш поларизацияси инфрақизил устида йўқолади.

Ион поларизацияси

Ион поларизацияси бу қутбланиш ижобий ва манфий ионлар орасидаги нисбий силжишлар натижасида келиб чиқади ион кристаллари (масалан, НаCл).

Агар кристалл ёки молекула бир нечта турдаги атомлардан иборат бўлса, кристалл ёки молекуладаги атом атрофида зарядларнинг тақсимланиши ижобий ёки салбийга мойил бўлади. Натижада, панжара тебранишлари ёки молекуляр тебранишлар атомларнинг нисбий силжишини келтириб чиқарганда, мусбат ва манфий зарядларнинг марказлари ҳам силжийди. Ушбу марказларнинг жойлашишига силжишлар симметрияси таъсир қилади. Марказлар мос келмаса, молекулаларда ёки кристалларда қутбланиш пайдо бўлади. Ушбу қутбланиш дейилади ион поларизацияси.

Ион поларисатион ферроэлектрик таъсир, шунингдек диполар поларисатион сабаб бўлади. Доимий диполларнинг маълум бир йўналиш бўйлаб йўналишини қоплаш натижасида юзага келадиган ферроэлектрик ўтиш буюртма бузилиши фазасига ўтиш деб аталади. Кристаллардаги ион поларизациясидан келиб чиқадиган ўтиш жой алмашувчи фазавий ўтиш дейилади.

қисмлари сезувчанлик χ_э(ω).