Dielektrik

Dielektrik – oʻziga xos elektr oʻtkazuvchanligi past boʻlgan modda. Ideal dielektrik umuman oqim oʻtkazmaydi, uning oʻtkazuvchanligi nolga teng. Dielektriklarga piezoelektriklar, ferroelektriklar, elektretlar va boshqalar kiradi. Dielektrik material elektr maydoniga joylashtirilganda, elektr zaryadlari elektr oʻtkazgichdagi kabi material orqali oʻtmaydi, chunki ular material boʻylab siljishi mumkin boʻlgan erkin bogʻlangan yoki erkin elektronlarga ega emas, aksincha ular oʻrtacha muvozanat pozitsiyalaridan ozgina siljiydi va natijada dielektrik polarizatsiya. Dielektrik qutblanish tufayli musbat zaryadlar maydon yoʻnalishi boʻyicha siljiydi va manfiy zaryadlar maydonga teskari yoʻnalishda siljiydi (masalan, agar maydon musbat x oʻqiga parallel harakat qilsa, manfiy zaryadlar manfiy x yoʻnalishda siljiydi). Bu dielektrikning oʻzida umumiy maydonni kamaytiradigan ichki elektr maydonini hosil qiladi. Agar dielektrik zaif bogʻlangan molekulalardan tashkil topgan boʻlsa, bu molekulalar nafaqat qutblanadi, balki ularning simmetriya oʻqlari maydonga toʻgʻri kelishi uchun ham yoʻnaltiriladi. Dielektrik xususiyatlarini oʻrganish materiallarda elektr va magnit energiyani saqlash va tarqatish bilan bogʻliq. Dielektriklar elektronika, optika, qattiq jismlar fizikasi va hujayra biofizikasidagi turli hodisalarni tushuntirish uchun muhimdir. Terminologiya Izolyator atamasi past elektr oʻtkazuvchanligini nazarda tutsa-da, dielektrik odatda yuqori polarizatsiyaga ega materiallarni anglatadi. Ikkinchisi nisbiy oʻtkazuvchanlik deb ataladigan raqam bilan ifodalanadi. Atama izolyator odatda elektr obstruktsiyasini koʻrsatish uchun ishlatiladi dielektrik materialning energiya saqlash qobiliyatini koʻrsatish uchun ishlatiladi (yordamida polarizatsiya). Dielektrikning keng tarqalgan misoli-bu kondansatkichning metall plitalari orasidagi elektr izolyatsion material. Qoʻllaniladigan 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 oʻtkazuvchanlik bilan moddiy emas mukammal oʻtkazgich cheksiz elektr oʻtkazuvchanligi), 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 oʻlchaydi. Bu, oʻz navbatida, materialning elektr oʻtkazuvchanligini aniqlaydi va shu bilan kondansatkichlarning sigʻimidan yorugʻlik tezligigacha boʻlgan boshqa koʻplab hodisalarga taʼsir qiladi.

Bu mutanosiblikning doimiyligi sifatida aniqlanadi (bu tensor boʻlishi mumkin) elektr maydoni bilan bogʻliq 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 koʻproq umumiy formulalar

Yaʼni, qutblanish-bu elektr maydonining oldingi vaqtlardagi konvolyutsiyasi bogʻliq sezuvchanlik bilan berilgan. Ushbu integralning yuqori chegarasi cheksizlikka qadar kengaytirilishi mumkin, agar kimdir belgilasa.eT) = 0T< 0. Bir lahzali javob Dirac delta funktsiyasining taʻsirchanligiga .

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 oʻtkazuvchanlik) chastotaga bogʻliq. Chastotaga nisbatan sezuvchanlikning oʻzgarishi materialning dispersiya xususiyatlarini tavsiflaydi.

Bundan tashqari, aslida bu polarisation mumkin, faqat bogʻliq elektr maydon da oldingi marta (yaʻni, χ_e(Δt) = 0 uchun Δt < 0), a natijasida causality, yuklaydi sababli Kramers–Kronig cheklovlar boʻyicha haqiqiy va xayoliy

Asosiy atom modeli

Dielektrikka klassik yondashuvda material atomlardan iborat. Har bir atom uning markazida musbat nuqta zaryadiga bogʻlangan va uni oʻrab turgan manfiy zaryad (elektronlar) bulutidan iborat. Elektr maydoni mavjud boʻlganda, rasmning yuqori oʻng qismida koʻrsatilgandek, zaryad buluti buziladi.

Buni oddiy dipolga kamaytirish mumkin superpozitsiya printsipi. Dipol uning dipol momenti bilan tavsiflanadi, a vektor miqdori rasmda koʻrsatilgan koʻk oʻq belgilangan M. bu elektr maydoni va dipol momenti oʻrtasidagi munosabatlar dielektrikning xatti-harakatlarini keltirib chiqaradi. (Dipol momenti rasmdagi elektr maydoni bilan bir xil yoʻnalishga ishora qilishini unutmang. Bu har doim ham shunday emas va bu katta soddalashtirish, ammo koʻplab materiallar uchun toʻgʻri keladi.)

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

Bu fizikadagi modelning mohiyati. Dielektrikning harakati endi vaziyatga bogʻliq. Vaziyat qanchalik murakkab boʻlsa, xatti-harakatni aniq tasvirlash uchun model shunchalik boy boʻlishi kerak.

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

Elektr maydonining turi ham, material turi ham aniqlanganda, qiziqish hodisalarini toʻgʻri 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 boʻlgan har qanday molekulada induktsiya qilinishi mumkin (buzilish polarizatsiyasi). Orientatsiya polarizatsiyasi doimiy dipoldan kelib chiqadi, masalan, suv molekulasidagi kislorod va vodorod atomlari orasidagi assimetrik bogʻlanishlar orasidagi 104,45 dan kelib chiqadigan, tashqi elektr maydoni boʻlmaganda polarizatsiyani saqlaydigan burchak. Ushbu dipollarning yigʻilishi makroskopik polarizatsiyani hosil qiladi.

Tashqi elektr maydoni qoʻllanilganda, kimyoviy bogʻlanish bilan bogʻliq boʻlgan har bir doimiy dipol ichidagi zaryadlar orasidagi masofa orientatsiya polarizatsiyasida doimiy boʻlib qoladi; ammo, polarizatsiya yoʻnalishi oʻzi aylanadi. Ushbu aylanish momentga va atrofdagi molekulalarning mahalliy yopishqoqligiga bogʻliq boʻlgan vaqt oʻlchovida sodir boʻladi. Aylanish oniy boʻlmagani uchun dipolyar qutblanishlar eng yuqori chastotalarda elektr maydonlariga javobni yoʻqotadi. Molekula suyuqlikda pikosekundda taxminan 1 radian aylanadi, shuning uchun bu yoʻqotish taxminan 10 ¹¹ Gts (mikrotoʻlqinli mintaqada) sodir boʻladi. Elektr maydonining oʻzgarishiga javobning kechikishi ishqalanish va issiqlikni keltirib chiqaradi.

Tashqi elektr maydoni infraqizil chastotalarda yoki undan kamroq qoʻllanilganda, molekulalar maydon tomonidan egilib choʻziladi va molekulyar dipol momenti oʻzgaradi. Molekulyar tebranish chastotasi taxminan molekulalarning egilishi uchun zarur boʻlgan vaqtga teskari va bu buzilish polarizatsiyasi infraqizil ustida yoʻqoladi.

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 boʻlsa, kristall yoki molekuladagi atom atrofida zaryadlarning taqsimlanishi ijobiy yoki salbiyga moyil boʻladi. Natijada, panjara tebranishlari yoki molekulyar tebranishlar atomlarning nisbiy siljishini keltirib chiqarganda, musbat va manfiy zaryadlarning markazlari ham siljiydi. Ushbu markazlarning joylashishiga siljishlar simmetriyasi taʼsir qiladi. Markazlar mos kelmasa, molekulalarda yoki kristallarda qutblanish paydo boʻladi. Ushbu qutblanish deyiladi ion polarizatsiyasi.

Ion polarisation ferroelektrik taʼsir, shuningdek dipolar polarisation sabab boʻladi. Doimiy dipollarning maʼlum bir yoʻnalish boʻylab yoʻnalishini qoplash natijasida yuzaga keladigan ferroelektrik oʻtish buyurtma buzilishi fazasiga oʻtish deb ataladi. Kristallardagi ion polarizatsiyasidan kelib chiqadigan oʻtish joy almashuvchi fazaviy oʻtish deyiladi.

qismlari sezuvchanlik χ_e(ω).