Dielektrikų elektrinių savybių tyrimas

1. Darbo užduotis. Nustatyti įvairių dielektrikų plokštelių santykinę dielektrinę skvarbą, dielektrinę jutą ir poliarizuotumą.
2. Teorinė dalis.

Dielektriko molekulė yra elektriškai neutrali, tačiau galimi du skirtingi atvejai:

• 1) Nepoliniai dielektrikai – jų molekulės teigiamojo ir neigiamojo krūvių centrai sutampa;
• 2) Poliniai dielektrikai – tarp molekulės teigiamojo ir neigiamojo krūvių centrų nuotolis l.

Polinių dielektrikų molekulė apibūdinama dipoliniu momentu ; čia – dipolio petys, nukreiptas nuo neigiamų elektros krūvių centro teigiamų krūvių centro link; q – vieno ženklo krūvio modulis. Nepolinės molekulės , o kartu ir , lygūs nuliui.

Dielektrike išskirkime tūrį , kuriame yra labai daug molekulių. Visų jų atstojamasis dipolinis momentas yra . Dielektriko poliarizuotumu vadiname jo tūrio vieneto dipolinį momentą:

(1)

Nepoliarizuotas dielektrikas – toks dielektrikas, kad kai jo neveikia elektrinis laukas , dėl molekulių šiluminio judėjimo poliniam dielektrikui geometrinė dipolinių momentų suma , o kartu ir poliarizuotumas lygūs nuliui. Neveikiant laukui ir nepolinis dielektrikas būna nepoliarizuotas ( ), nes kiekvienos molekulės dipolinis momentas .

Nepolinį dielektriką (pvz. oras yra nepolinis dielektrikas) veikiant stiprio elektriniu lauku, jis kiekvieną molekulę deformuoja, (+) ir (-) krūvių centrai prasiskiria – molekulė pasidaro dipoliu. Jo tūrio vieneto dipolinis momentas (poliarizuotumas) proporcingas lauko stipriui:

(2)

čia - medžiagos dielektrinė juta (jautris).

Elektrinis laukas polinio dielektriko dipolinius momentus iš dalies orientuoja lauko kryptimi, ir dielektrikas taip pat poliarizuojamas. Nelabai stipriuose elektriniuose laukuose šių vektorių orientacijos tobulumas, tuo pačiu ir geometrinė suma bei poliarizuotumas taip pat išreiškiami (2) lygtimi.

Taigi išorinis elektrinis laukas poliarizuoja tiek polinį, tiek ir nepolinį dielektriką. Poliarizuotas dielektrikas pats kuria elektrinį lauką. Pagal laukų superpozicijos principą kiekviename taške jų stipriai geometriškai susideda. Jei vienalytis dielektrikas užpildo visą erdvę, kurioje egzistuoja elektrinis laukas, arba jo paviršiai yra ekvipotencialiniai (vienodo potencialo), tai šių laukų kryptys būna priešingos ir atstojamojo lauko dielektrike stipris

(3)