Dielektrik

Dielektrik-o'ziga xos elektr o'tkazuvchanligi past bo'lgan modda. Ideal dielektrik umuman oqim o'tkazmaydi, uning o'tkazuvchanligi nolga teng. Dielektriklarga piezoelektriklar, ferroelektriklar, elektretlar va boshqalar kiradi. Dielektrik material elektr maydoniga joylashtirilganda, elektr zaryadlari elektr o'tkazgichdagi kabi material orqali o'tmaydi, chunki ular material bo'ylab siljishi mumkin bo'lgan erkin bog'langan yoki erkin elektronlarga ega emas, aksincha ular o'rtacha muvozanat pozitsiyalaridan ozgina siljiydi va natijada dielektrik polarizatsiya. Dielektrik qutblanish tufayli musbat zaryadlar maydon yo'nalishi bo'yicha siljiydi va manfiy zaryadlar maydonga teskari yo'nalishda siljiydi (masalan, agar maydon musbat x o'qiga parallel harakat qilsa, manfiy zaryadlar manfiy x yo'nalishda siljiydi). Bu dielektrikning o'zida umumiy maydonni kamaytiradigan ichki elektr maydonini hosil qiladi. Agar dielektrik zaif bog'langan molekulalardan tashkil topgan bo'lsa, bu molekulalar nafaqat qutblanadi, balki ularning simmetriya o'qlari maydonga to'g'ri kelishi uchun ham yo'naltiriladi. Dielektrik xususiyatlarini o'rganish materiallarda elektr va magnit energiyani saqlash va tarqatish bilan bog'liq. Dielektriklar elektronika, optika, qattiq jismlar fizikasi va hujayra biofizikasidagi turli hodisalarni tushuntirish uchun muhimdir. Terminologiya Izolyator atamasi past elektr o'tkazuvchanligini nazarda tutsa-da, dielektrik odatda yuqori polarizatsiyaga ega materiallarni anglatadi. Ikkinchisi nisbiy o'tkazuvchanlik deb ataladigan raqam bilan ifodalanadi. Atama izolyator odatda elektr obstruktsiyasini ko'rsatish uchun ishlatiladi dielektrik materialning energiya saqlash qobiliyatini ko'rsatish uchun ishlatiladi (yordamida polarizatsiya). Dielektrikning keng tarqalgan misoli-bu kondansatkichning metall plitalari orasidagi elektr izolyatsion material. Qo'llaniladigan elektr maydoni tomonidan dielektrikning qutblanishi berilgan elektr maydon kuchi uchun kondansatkichning sirt zaryadini oshiradi. Dielektrik atamasi Maykl Faradeyning iltimosiga javoban Uilyam Vyuell (dia + electric dan) tomonidan kiritilgan. mukammal dielektrik nol elektr o'tkazuvchanlik bilan moddiy emas mukammal o'tkazgich cheksiz elektr o'tkazuvchanligi), shunday qilib, faqat siljish oqimini namoyish etadi; shuning uchun u elektr energiyasini xuddi ideal kondansatkich kabi saqlaydi va qaytaradi. Dielektrik materialning elektr sezuvchanligi e elektr maydoniga javoban uning qanchalik oson qutblanishini o'lchaydi. Bu, o'z navbatida, materialning elektr o'tkazuvchanligini aniqlaydi va shu bilan kondansatkichlarning sig'imidan yorug'lik tezligigacha bo'lgan boshqa ko'plab hodisalarga ta'sir qiladi.

Bu mutanosiblikning doimiyligi sifatida aniqlanadi (bu tensor bo'lishi mumkin) elektr maydoni bilan bog'liq E induktsiya qilingan dielektrik polarizatsiya zichligiga P shunday qilib

Dispersiya va nedensellik[

Umuman olganda, material amaliy maydonga javoban bir zumda qutblana olmaydi. Vaqt funktsiyasi sifatida ko'proq umumiy formulalar

Ya'ni, qutblanish-bu elektr maydonining oldingi vaqtlardagi konvolyutsiyasi bog’liq sezuvchanlik bilan berilgan. Ushbu integralning yuqori chegarasi cheksizlikka qadar kengaytirilishi mumkin, agar kimdir belgilasa.eT) = 0T< 0. Bir lahzali javob Dirac delta funktsiyasining ta'sirchanligiga .

Chiziqli tizimda Furye konvertatsiyasini olish va bu munosabatni chastota funktsiyasi sifatida yozish qulayroqdir. Konvolyutsiya teoremasi tufayli integral oddiy mahsulotga aylanadi,

Sezuvchanlik (yoki unga teng ravishda o'tkazuvchanlik) chastotaga bog'liq. Chastotaga nisbatan sezuvchanlikning o'zgarishi materialning dispersiya xususiyatlarini tavsiflaydi.

Bundan tashqari, aslida bu polarisation mumkin, faqat bog'liq elektr maydon da oldingi marta (ya'ni, χ_e(Δt) = 0 uchun Δt < 0), a natijasida causality, yuklaydi sababli Kramers–Kronig cheklovlar bo'yicha haqiqiy va xayoliy

Asosiy atom modeli

Dielektrikka klassik yondashuvda material atomlardan iborat. Har bir atom uning markazida musbat nuqta zaryadiga bog'langan va uni o'rab turgan manfiy zaryad (elektronlar) bulutidan iborat. Elektr maydoni mavjud bo'lganda, rasmning yuqori o'ng qismida ko'rsatilgandek, zaryad buluti buziladi.

Buni oddiy dipolga kamaytirish mumkin superpozitsiya printsipi. Dipol uning dipol momenti bilan tavsiflanadi, a vektor miqdori rasmda ko'rsatilgan ko'k o'q belgilangan M. bu elektr maydoni va dipol momenti o'rtasidagi munosabatlar dielektrikning xatti-harakatlarini keltirib chiqaradi. (Dipol momenti rasmdagi elektr maydoni bilan bir xil yo'nalishga ishora qilishini unutmang. Bu har doim ham shunday emas va bu katta soddalashtirish, ammo ko'plab materiallar uchun to'g'ri keladi.)

Elektr maydoni olib tashlanganda atom asl holatiga qaytadi. Buning uchun zarur bo'lgan vaqt dam olish vaqti deb ataladi; eksponensial parchalanish.

Bu fizikadagi modelning mohiyati. Dielektrikning harakati endi vaziyatga bog'liq. Vaziyat qanchalik murakkab bo'lsa, xatti-harakatni aniq tasvirlash uchun model shunchalik boy bo'lishi kerak.

Elektr maydoni o'rtasidagi munosabatlar E va dipol momenti M ning xatti-harakatlarini keltirib chiqaradi dielektrik, bu ma'lum bir material uchun funktsiya bilan tavsiflanishi mumkin F tenglama bilan belgilanadi:

Elektr maydonining turi ham, material turi ham aniqlanganda, qiziqish hodisalarini to'g'ri bashorat qiladigan eng oddiy f funktsiyasini tanlaydi.

Dipolyar polarizatsiya[

Dipolyar polarizatsiya a qutblanish bu yoki qutb molekulalariga xosdir (orientatsiya polarizatsiyasi), yoki yadrolarning assimetrik buzilishi mumkin bo'lgan har qanday molekulada induktsiya qilinishi mumkin (buzilish polarizatsiyasi). Orientatsiya polarizatsiyasi doimiy dipoldan kelib chiqadi, masalan, suv molekulasidagi kislorod va vodorod atomlari orasidagi assimetrik bog'lanishlar orasidagi 104,45 dan kelib chiqadigan, tashqi elektr maydoni bo'lmaganda polarizatsiyani saqlaydigan burchak. Ushbu dipollarning yig'ilishi makroskopik polarizatsiyani hosil qiladi.

Tashqi elektr maydoni qo'llanilganda, kimyoviy bog'lanish bilan bog'liq bo'lgan har bir doimiy dipol ichidagi zaryadlar orasidagi masofa orientatsiya polarizatsiyasida doimiy bo'lib qoladi; ammo, polarizatsiya yo'nalishi o'zi aylanadi. Ushbu aylanish momentga va atrofdagi molekulalarning mahalliy yopishqoqligiga bog'liq bo'lgan vaqt o'lchovida sodir bo'ladi. Aylanish oniy bo'lmagani uchun dipolyar qutblanishlar eng yuqori chastotalarda elektr maydonlariga javobni yo'qotadi. Molekula suyuqlikda pikosekundda taxminan 1 radian aylanadi, shuning uchun bu yo'qotish taxminan 10 ¹¹ Gts (mikroto'lqinli mintaqada) sodir bo'ladi. Elektr maydonining o'zgarishiga javobning kechikishi ishqalanish va issiqlikni keltirib chiqaradi.

Tashqi elektr maydoni infraqizil chastotalarda yoki undan kamroq qo'llanilganda, molekulalar maydon tomonidan egilib cho'ziladi va molekulyar dipol momenti o'zgaradi. Molekulyar tebranish chastotasi taxminan molekulalarning egilishi uchun zarur bo'lgan vaqtga teskari va bu buzilish polarizatsiyasi infraqizil ustida yo'qoladi.

Ion polarizatsiyasi[

Ion polarizatsiyasi bu qutblanish ijobiy va manfiy ionlar orasidagi nisbiy siljishlar natijasida kelib chiqadi ion kristallari (masalan, NaCl).

Agar kristall yoki molekula bir nechta turdagi atomlardan iborat bo'lsa, kristall yoki molekuladagi atom atrofida zaryadlarning taqsimlanishi ijobiy yoki salbiyga moyil bo'ladi. Natijada, panjara tebranishlari yoki molekulyar tebranishlar atomlarning nisbiy siljishini keltirib chiqarganda, musbat va manfiy zaryadlarning markazlari ham siljiydi. Ushbu markazlarning joylashishiga siljishlar simmetriyasi ta'sir qiladi. Markazlar mos kelmasa, molekulalarda yoki kristallarda qutblanish paydo bo'ladi. Ushbu qutblanish deyiladi ion polarizatsiyasi.

Ion polarisation ferroelektrik ta'sir, shuningdek dipolar polarisation sabab bo'ladi. Doimiy dipollarning ma'lum bir yo'nalish bo'ylab yo'nalishini qoplash natijasida yuzaga keladigan ferroelektrik o'tish buyurtma buzilishi fazasiga o'tish deb ataladi. Kristallardagi ion polarizatsiyasidan kelib chiqadigan o'tish joy almashuvchi fazaviy o'tish deyiladi.

qismlari sezuvchanlik χ_e(ω).