VẬT LIỆU VÀ CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU 7.1 Vật liệu từ.
7.2.2.Giải thích hiện tượng phân cực ñ iện môi.
ðể giải thích hiện tượng phân cực ñiện môi chúng ta xét cấu tạo phân tử ñiện môi:
Các chất ñiện môi cấu tạo từ những phân tử ñiện môi. Mỗi phân tử gồm các hạt nhân mang ñiện dương và các electron mang ñiện âm. Bình thường các phân tử ñiện môi trung hòa về ñiện; tuy nhiên các phân tử ñiện môi vẫn có những tính chất ñiện. Về phương diện ñiện, tổng các ñiện tích dương có thể thay bằng ñiện tích +q ñặt tại trung tâm của chúng; tổng các ñiện tích âm có thể thay bằng ñiện tích –q ñặt tại trung tâm của chúng.
Tùy theo phân bố của các electron quanh hạt nhân, ta có hai loại ñiện môi: ðiện môi có phân tử tự phân cực: Khi trung tâm của các ñiện tích âm không trùng với trung tâm của các ñiện tích dương, ví dụ các phân tử của H2O, HCl,...Phân tử ñược coi như một lưỡng cực ñiện, gọi là lưỡng cực phân tử, các momen pe ≠0.
ðiện môi có phân tử không tự phân cực các electron phân bố ñối xứng quanh hạt nhân do ñó trung tâm các ñiện tích trùng nhau và p =0
Khi ñặt trong ñiện trường, do tác dụng của ñiện trường trung tâm các ñiện tích âm bị lệch ñi nên pe ≠0.
Người ta ñã chứng minh ñược rằng pe ≈E
Trong ñơn vị SI: pe =ε0αE (7 - 11)
α là hệ số tỉ lệ: ñộ phân cực phân tử, ε0: hằng số ñiện, E: cường ñộ ñiện trường.
Giải thích hiện tượng phân cực ñiện môi ñối với môi trường ñồng chất. - Trường hợp ñiện môi có phân tử tự phân cực.
+ _ Eo =0 0 0 ≠ E Hình 7.3. Phân cực ñiện môi
Xét một khối ñiện môi có một số rất lớn các phân tử. Khi chưa ñặt trong ñiện trường (E0 =0), do chuyển ñộng nhiệt, các lưỡng cực phân tử sắp xếp hỗn loạn theo mọi phương, nên tổng vectơ của các mômen lưỡng cực triệt tiêu:
∑pe =0. Khi ñặt ñiện môi trong ñiện trường ngoài (E0 ≠0) do tác dụng của ñiện trường các lưỡng cực phân tử có xu hướng quay sao cho phương chiều của chúng trùng với phương chiều của E0. Do chuyển ñộng nhiệt các lưỡng cực phân tử có
∑pe ≠0
khuynh hướng sắp xếp hỗn loạn nên nếu trường ngoài yếu, các pe không hoàn toàn
song song với E0và ∑pe≠0, nhưng nhỏ; nếu trường ngoài ñủ mạnh, các pe// E0 và ∑Pe là cực ñại. Khi ñó bên trong chất ñiện môi các ñiện tích trung hòa nhau; còn trên các mặt giới hạn của các ñiện môi xuất hiện các ñiện tích trái dấu. Các ñiện tích này chính là các ñiện tích của các lưỡng cực phân tử vì thế các ñiện tích này không phải là các ñiện cực tự do, chúng bị ràng buộc trong phân tử và ñược gọi là các ñiện tích liên kết.
- Trường hợp ñiện môi có phân tử không phân cực.
Khi không có ñiện trường ngoài E0 =0, pe =0 do ñó ∑pe =0.
Khi có ñiện trường ngoài E0, các phân tử trở thành các lưỡng cực phân tử sắp xếp song song với E0 nên ∑pe ≠0; cũng như trường hợp trên trong ñiện môi ñiện tích trung hòa, còn trên mặt giới hạn có xuất hiện ñiện tích liên kết trái dấu.
Tóm lại trong cả hai trường hợp trên hai mặt giới hạn của khối ñiện môi ñều xuất hiện các ñiện tích trái dấu. Các ñiện tích này là các ñiện tích liên kết ñịnh xứ trên hai mặt giới hạn của khối ñiện môi. Tùy theo chất ñiện môi, ñiện tích của các phân tử sẽ lớn hay nhỏ. Phụ thuộc vào cường ñộ ñiện trường ngoài lớn hay nhỏ các
e
p sẽ quay theo trường ngoài nhiều hay ít. Kết quả là mức ñộ phân cực của chất ñiện môi phụ thuộc vào bản chất ñiện môi và cường ñộñiện trường ngoài.