Файл: Воробей З.Ф. Физика диэлектриков. Диэлектрики в постоянном электрическом поле конспект лекций.pdf

-

33

-

Поскольку электронная структура атома практически не

зависит

от температуры, го

с теоретической точки зрения в е ­

личина

электронной

•поляр'йэуЪй'боти

&е

*не'должна •'изменять­

ся с

температурой .

Э к с п е $ и Ш й г ы ъо&* $ е $ 1№ая*Щ0аЕе^ююохъ

э т о г о вывода.

§

І 1 • ІІоАя^еуѣмобіъЧШЬъ,

*Ы&Ь§аЩх'

оолбе

* ч е Ѵ б д 1 Ы - Ш к ¥ р Ш

Гіблярйзу емость'-'сложяых' Ш5ЙОв, ь сед6р1|Щйх: 'Ойл*е^ч5ем

один

э л е к т р о н , ѵ м о ж е т быть

б Й й ^ е а ^ ^ а Ш ^ і в е ^ Й і З р а ^ м . ^ ё щ а -

ются

сильнее д р у п а ' ' в а я е н № е - - А п е к т р ^ й ы . :

ОДмДОу&юёгь

сложных

атомов

з а в и с я т ч н е • ' о т 'аго'много*нёме^а, ' а от-" радиуеа

а т о м а .

Р а с с м а т р и в а я , 1 Нагі$ймер

: аргон'Ц'гШЙйРр'едиу'с'^коЕо-

рого

равен' І , 9 І . І 0 ~ ^ і ш ;

' й о : - Щ Щ е % в ' У ^ Ѵ « ^ > 5

получим

Q-e =

^ . І О ^ ^ . м 2 .

Э'к'спе^им'ён¥альное

значение

,іуія

э т о г о г а з а

равно 1,83 Д С Г ^ ф ' . м 2

. Вычисленное значение СХе

конечно, значительно больше наблюдаемого, но

с о г л а с и е

-его с

ОШЕНЫМ значением

я в л я е т с я

тем не менее

достаточным,

чтобы

вшшіс-й.

ь

Увеличение поляризуемости

^ ' в о з р а с т а н и е м объема

атома

объясняется

тем, что при больших размерах атома

с в я з ь

ІІД;Ѵ

с

валентными

олектронаійи уменьшается,

а

поэтому

внешнее .

л е

л ч ' Ч и деформирует такой атом . Проследим, как

оудіп

ся

полй'.-иэуежCYÏ-,

если перемещаться

Й тааадце

Мон.г.елѵ....

-

пи t.7,:

;;!jöp/y -.;нйз г. nu

периодам

cif-JHj uaupai- •.

Üi ,i liv'f"

:.,п

по і.ха.т.:цлы

тиі.таци

і..онделе«на i . .

меры атома увеличиваются .

Значит,

поляризуемость

должна

у в е ­

л и ч и в а т ь с я .

Экспериментальные данные

таблицы 3

подтвержда ­

ют

это предложение.

і

с

Таблица

3

№16

!

Г а з

!

I

1

<*ê-1Q%4

л .

!

2

!

0,23

!

I

!

Н е

2

Aft

10

0,4

21,5

3

Ar

18

1,83

15,8

4

Kr

36

2,3

14,0

5

Л е

54

3,7

12,1

При

перемещении

вдоль

строк

с л е в а

направо

закономерно ­

сти в изменении поляризуемости не наблюдается,

т а к

к а к

радиус

атомов

с

прибавлением

одного электрона

может как

у в е л и ч и в а т ь ­

с я ,

так

и

уменьшаться.

Поляризуемость

атомов

зависит от силы

с в я з и

валентных

электронов с ядром . 0

силе

с в я з и

мы можем

судитт,

по

величине

ионизационного потенциала а т о м а . Чем больше ионизационный

потенциал,

тем сильнее

с в я з ь электрона

с . ядром

и

тем

меньше

должна быть поляризуемость атома . Данные таблицы

3

подтвежда -

ют

это

положение.

§ 12.

Поляризуемость

ионов

Многие диэлектрики, имеющие практическое значение

( к е ­

рамика,

с т е к л о ) , имеют

в своем с о с т а в е

ионы. Поэтому "поля­

ризация

электронного

смещения'ионов

оказывает

существенное

значение

на

с в о й с т в а

этих

диэлектриков .

Очень

важно

п о н и ­

м а т ь , какую

долю вносит электронная

поляризация

ионов

в

д и ­

электрическую проницаемость и какие

ионы вводить

для

т о г о ,

-

35

-

чтобы снизить иди увеличить диэлектрическую

проницаемость.

Смещение

электронных

орбит

в

иовах

имеет tos

же

х а р а к ­

т е р ,

что

и

в атомах ? и

их

способность поляризоваться

х а р а к ­

т е р и з у е т с я

электронной

поляризуемостью

de .

Электронная п о ­

ляризуемость ионов зависит ох их объема и от

силы

связи

н а -

ружных

электронов

с

ядрон . Т а к ,

например,

водородоподобные

ионы, имеющие в оболочке один

единственный

электрон

-

Be ,

В

поляризуются

тем

л е г ч е , чем меньше

порядковый

номер

элемента,

из которого

образован

ион . Ион оСі

поляризуется

л е г ч е ,

чем

ион

о*1*

,

так

как

единственный

в ионе

éti

с в я з а н

с

ядром

с л а б е е ,

чем

единственный

электрон

в

ионе

а*1*.

Аналогичная

зависимость

наблюдается и для

ионов,

которые

в слое К (первом слое

от

ядра)

содержат два

электрона .

Для

водородоподобных

ионов

электронную

поляризуемость

можно

р а с ­

с ч и т а т ь

по

той

же

формула,

к о т о р а я

подучена

для

атома в о д о ­

рода . Однако для других

иойЬв,

имеющих

больше чем

один

э л е к ­

т р о н ,

такой

рѳ счет

с д е л а т ь

н е л ь з я ,

а поэтому

поляризуемость

находят

экспериментально .

Для

получения

материала

с

большой

диэлектрической

п р о -

уместится Б ндиница ооаема и

а ф р к т а

не

будет получено . По­

этому

выгодно

вьодить

ионы,

у

которых

огноиениэ

поляри­

зуемости

к

обьеку ~

больше

единицы,

т . е . о

большой

по -

ляоизуѳыостью при сравнительно небольшом

радиусе .

Т а к ,

для

цона

титана

J>•

это отношение

равно

1,0^, для

иона

циркония

-

1 , 2

1 , сыінца

PS

-

1,89.

Опыт

показывает, что

матирислы,• содор4.-ащие

такие

ионы, -имеют

высокие

значения

дизлйктіікчйский

проницаомоста.

-

36 -

Большую поляризуемость имеют отрицательные ионы О

, F .

Это объясняется

т ѳ ы , что

электроны,

присоединившиеся

к

нейт ­

ральному атому, связаны с ядром

значительно

с л а б е е ,

и э л е к т ­

рическое

поле легче

деформирует

их

орбиту .

§

13 . Особенности

электронной поляризации

Электронная поляризация происходит

во

в с е х ' б е з

исклю­

чения

диэлектриках .

Еѳ называют

бѳаинѳрционной

вследствие

т о г о ,

что

у с т а н а в л и в а е т с я

она практически

мгновенно.

Нам

совершенно

необходимо

понимать,

что в

случае

п е р е ­

менного поля

она успевает

происходить при всех

без исключе­

ния р а д и о ч а с т о т а х ,

при

ч а с т о т а х ,

соответствующих

оптическим

колебаниям,

вплоть

до

световых

колебаний

( ч а с т о т а

~

0 , 5 ' I 0 I l f ) .

На р и с . Ю

,

изображающем

спектр

электромагнитных

к о л е б а н и й ,

отмечено,

при каких

ч а с т о т а х электронная

поляризация

с т а н о ­

вится уже инерционной, т . е . не

успевает

завершиться

за

время,

равное

половине

периода колебаний .

Конец

U нфракрасны е

диапазона

радиочастот

Чльтращфетооте

З/оіг

СЪет

f

I

I

m

ч

* У *

/Гц

Электрические

Оптические

Рентгенобекие

lf-пучи

колебания

колебания

лучи

Эпентрон-ная

поляризация

j |

Электронная

поляризация

успебает устанаолибатоея

становится

инерционной

Рас.

10

По теории

Максвелла

между

коэффициентом

преломления

с в е т а

в диэлектрике

и его характеристиками

-

диэлектрической

- 37 -

£ и магнитной M

проницаемостями-существует

с в я з ь

Т . к . JU для

диэлектриков практически равна

единице,

t o д и э ­

лектрическая

проницаемость,

обусловленная

только

электронной

поляризацией,равна

квадрату

преломления с в е т а в

этом

диэлект ­

рике ,

Таблица 4

Диэлектрик

1

п*

!

£

Алмаз

!

5,7

J

5,7

H афт али ь

2,5

'

2,5

Полиэтилен

•.

W

2,3 - 2 Л

Фторопласт-^-

2 , 1

1,9-2,2

Полисферол

2,3 - 2, 5

2,5 - 2,6

§ 1.4. Упругая

ионная поляризация

с

В ионных диэлѳктриках^кромѳ

упругой электронной поляри­

зации.,происходит

упругая

ионная

поляризация . Она заключается

тивоположных направлениях и раогояние между

НИМИ увелмчиваат -

с я . Вреыя установления

ионной поляризации 10

с е к . На радио­

технических ч а с т о т а х она успевает

произойти,

а на

оптических

ч ь с т о т а х пвлн<-*ѵя уз»и

инерционной.

Диэльктри.чаская

проницав-