Неполярные диэлектрики примеры: Диэлектрики: полярные, неполярные, кристаллические; проводники. Поведение вещества(заряда) во внешнем элекрическом поле

Содержание

Диэлектрики: полярные, неполярные, кристаллические; проводники. Поведение вещества(заряда) во внешнем элекрическом поле

Тестирование онлайн

  • Проводники, диэлектрики. Основные понятия

  • Диэлектрики, сферический проводник

Диэлектрики

Это такие вещества, в которых нет свободных зарядов. Заряженные частицы не могут двигаться по всему объему тела. Они способны только смещаться на небольшие расстояния относительно своих равновесных состояний. Не проводят электрический ток.

Диэлектрики бывают: полярными, неполярными, кристаллическими.

У полярных диэлектриков молекула такая, что ее ядро и электроны находятся друг от друга на некотором расстоянии, то есть сдвинуты положительный и отрицательный центры. Поэтому молекулу называют электрическим диполем. К полярным диэлектрикам относятся дистиллированная вода, спирт.

У неполярных диэлектриков молекула симметричная. Вещества: парафин, бензол, азот и др.

Диполь отсутствует.

К кристаллическим диэлектрикам относятся такие вещества, у которых кристаллическую решетку можно рассматривать как две подрешетки — с положительными и отрицательными ионами.

Проводники

Это вещества, в которых есть свободные заряженные частицы (электроны, положительные ионы и отрицательные ионы), способные перемещаться по всему объему вещества. Это металлы, растворы солей, кислот и щелочей и др. Эти вещества проводят электрический ток.

Вещества в электрическом поле

При помещении в электростатическое поле полярного диэлектрика, диполи переориентировываются таким образом, что вектор напряженности E’ внутреннего поля направлен в противоположную сторону относительно вектора напряженности внешнего поля E0.


Поляризация приводит к ослаблению внешнего электрического поля в раз, где — диэлектрическая проницаемость

Аналогичным образом ведут себя кристаллические диэлектрики.

При помещении во внешнее поле неполярного диэлектрика у нейтральных молекул деформируются электронные облака, происходит электронная поляризация.


При помещении проводника все свободные заряды одного знака устремляются в одну сторону, заряды противоположного знака в противоположную сторону, это явление называется

электростатической индукцией. Внутреннее поле, которое при этом образуется внутри проводника «гасит» внешнее поле.


Так как свободные заряды концентрируются по краям, а не во всем объеме вещества, как у диэлектриков, то внутри проводника отсутствует электростатическое поле. Напряженность внутри проводника равна нулю. Использование этого свойства называется электростатической защитой. Помещенные внутрь проводника тела не будут испытывать действие внешнего электростатического поля, проводник как бы ограждает.

Проводящая сфера

Рассмотрим проводник сферической формы.

Заряды на поверхности распределяются так, что их плотность больше в точках поверхности, обладающей большей кривизной. По поверхности сферы заряд распределяется равномерно.

А что произойдет, если внутрь сферической оболочки поместить заряд? Индукционные заряды возникнут на ее внутренней поверхности. В этом случае внутри сферы поле будет.

Для равномерно заряженной сферой радиусом R и зарядом q на расстоянии r от центра сферы, справедливы формулы:

Заземление

Благодаря своим огромным размерам Земля действует как резервуар зарядов, принимая и отдавая электроны. Когда мы поднесем к заземленному металлическому предмету отрицательно заряженный стержень, свободные электроны в металле будут отталкиваться и уходить в Землю. Если отсоединить стержень от этого предмета, на металле останется избыточный положительный заряд. Так мы зарядим тело положительным зарядом.

Различные стадии зарядки тела: а) приближая к шарику электроскопа отрицательно заряженный сургуч, мы вызываем на стержне электроскопа положительный заряд, а на его листках — отрицательный заряд; б) не убирая сургуча с отрицательным зарядом, прикасаемся рукой к шарику электроскопа и отводим часть отрицательного заряда электроскопа через свое тело в землю; листки электроскопа спадают; в) убрав палец, а затем убрав сургуч, мы оставляем на электроскопе только положительный заряд, который распределяется между шариком и листками электроскопа.

Упражнения

К металлическому шару, установленному на электроскопе, одновременно прикасаются наэлектризованной эбонитовой палочкой и рукой. Затем отнимают сначала руку, а потом палочку. Какого знака заряд получит электроскоп?

В результате контакта эбонитовой палочки с шаром электроскоп получит небольшой отрицательный заряд, который через руку уйдет в землю. Так как эбонит – диэлектрик, то на остальных участках палочки, которые не контактировали с шаром, отрицательные заряды останутся неподвижными. Они зарядят электроскоп положительным зарядом.


Как известно, заряженный шарик притягивает бумажку. Как изменится сила притяжения, если окружить металлической сферой заряженный шарик? бумажку?

Если окружить шарик концентрической металлической сферой, ничего не изменится: и шарик и металлическая сфера действуют как заряд, сосредоточенный в точке, находящейся в центре шарика. Если окружить сферой бумажку, сила притяжения обратится в ноль: бумажка попадает в «цилиндр Фарадея», зато теперь металлическая сфера и шарик будут притягиваться друг к другу.


Внутрь полой сферы проводящей незаряженной сферы был помещен шарик с зарядом q, после чего сфера была на короткое время соединена с землей, и затем шарик удален из сферы. Какой заряд будет иметь сфера после этих операций? Где и как будет распределен этот заряд? Где и какое будет существовать электрическое поле?

Заряд q. Он будет распределен равномерно по внешней поверхности сферы. Внутри сферы напряженность поля будет равна нулю. Вне сферы будет существовать электрическое поле, подобное полю точечного заряда q, помещенного в центр сферы.


Имеется полая проводящая незаряженная сфера, внутрь которой помещен положительный заряженный шарик. Укажите: а) Где будет существовать электрическое поле? б) Будут ли появляться заряды на сфере? в) Будет ли меняться поле внутри и вне сферы, если перемещать шарик, если шарик оставить неподвижным, а снаружи к сфере поднести заряженное тело?

а) Поле будет существовать внутри и вне сферы; б) на внутренней поверхности появится отрицательный заряд, на внешней — положительный; в) в первом случае будет изменяться электрическое поле только внутри сферы, во втором — только вне сферы.


Неполярные диэлектрики

Молекула является системой, состоящей из положительных и отрицательных зарядов. При перемещении диэлектрика в электрическое поле, он вызывает смещение зарядов в молекуле, тем самым создает дипольный момент.

Определение 1

Свойство атома или молекулы приобретать дипольный момент во внешнем электрическом поле так же, как и количественная характеристика способности зарядов к смещению, получило название поляризуемость.

Коэффициент поляризуемости молекулы

Существуют вещества, в состав которых входят незаряженные атомы, как у молекулы водорода. Такую неполярную молекулу при отсутствии действия внешнего поля можно сравнить с двумя равномерно заряженными сферами с совпадающими центрами.

Поле равномерно заряженной сферы во внешнем пространстве аналогично полю точечного заряда с той же величиной, что и заряд сферы, перемещенный в ее центр. Электрический момент такой молекулы равняется нулю. При попадании в электрическое поле заряды начинают смещение относительно друг друга в противоположные стороны. Молекула вызывает электрическое поле, совпадающее с полем диполя. У такого диполя каждый из точечных зарядов равняется заряду сферы, а его плечо – расстоянию между центрами сфер.

Смещение зарядов в слабых полях считается пропорциональным напряженности внешнего электрического поля. Дипольный момент молекулы pe→ равняется:

pe0→=βεE→’ с E→’ в качестве напряженности поля, действующего на молекулу (в жидкостях и газах E’→≠E→, E→ считается средним макроскопическим полем). Будет рассмотрен газ, в котором E’→≠E→·β — это коэффициент поляризуемости молекулы, зависящий от строения молекулы.

Определение 2

Формула pe0→=βεE→’ используется при работе с молекулами, имеющими сферическую симметрию. Данный тип получил название электронной поляризации.

Если дано, что неполярный диэлектрик находится во внешнем поле, причем локальное равняется среднему полю внутри диэлектрика E’→=E→, то каждая из молекул обладает дипольным моментом pe→, который выражается через формулу pe0→=βεE→’. Вектор поляризованности имеет вид:

P→=nβε0E→ с n в качестве концентрации молекул диэлектрика. Вектор электрического смещения находится из формулы:

D→=ε0E→+P→=ε0E→(1+nβ).

Если диэлектрик изотопный, то

D→=εε0E→.

Отсюда ε=1+nβ.

Применение уравнения говорит о связи диэлектрической проницаемости ε с концентрацией молекул в диэлектрике и поляризуемостью молекул. Оно приближенное, так как считалось, что электрическое поле, вызывающее смещение зарядов в молекуле, равняется среднему полю в диэлектрике, это не является верным. Среднее поле E→ способно учитывать действие всех зарядов, поле E’→ выражает их действие кроме рассматриваемой молекулы.

Напряженность локального поля

Для получения выражения диэлектрической проницаемости для плотных диэлектриков, следует произвести нахождение напряженности локального поля E→’. Задача нетривиальна, так как поле зависит от внутренней структуры диэлектрика. Кристаллы с кубической решеткой по модели Лоренца говорит о том, что:

E→’=E→+P→3ε0. P→ учитывается в качестве вектора поляризованности кристалла. Формула приближенно применима для неполярных жидкостей и газов с хаотично располагаемыми молекулами.

Формула E→’=E→+P→3ε0 позволяет вычислять поляризованность плотных диэлектриков. Отсюда вектор поляризованности :

P→=nβε0E→+P→3ε0.

Для вычисления вектора смещения применяют первую часть выражения :

D→=ε0E→+P→=ε0E→+nβε0E→+P→3ε0=ε0E→+13nβD→+2ε0E→.

Нужна помощь преподавателя?

Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Описать задание

Формула Клаузиуса-Моссотти

Для изотропного диэлектрика D→=εε0E→, поэтому из формулы выше следует:

Определение 3

ε-1ε+2=nβ3.

Формула получила название формулы Клаузиуса-Моссотти. Она показывает, что слева расположенное выражение для неполярных диэлектриков прямо пропорционально концентрации молекул, то есть и плотности диэлектрика.

Это было подтверждено опытным путем. Если n=const, то ε не зависит от температуры, так как β находится в зависимости от строения молекулы.

Пример 1

Оценить атомную диэлектрическую восприимчивость атома водорода β. Направление напряженности внешнего поля перпендикулярно плоскости движения электрона в атоме. Использовать рисунок 1.

Рисунок 1

Решение

Основой решения задачи – условие равновесия движущегося электрона внешнего поля E→:

qE=q24πε0(x2+r2)cos α=q24πε0x(x2+r2)3/21.1.

При x≪r:

xx2+r23/2≈xr2(1.2).

Следовательно, формула (1.1) способствует получению

qE=q24πε0xr3→E=q4πε0xr3→qx=E4πε0r3=p (1.3),

где p=qx.

Для неполярных диэлектриков имеем соотношение дипольного момента молекула вида:

pe→=βε0E→, тогда при использовании (1.3), (1.4) для β:

β=4πr3 (1.5).

Нормальное состояние говорит о том, что среднее расстояние электрона от ядра в атоме водорода составит rн=0,53·10-10 м, произведем вычисления:

β=4π(0,53·10-10)≈1,87·10-30 м3.

Ответ: β≈1,87·10-30 м3.

Пример 2

Состав воздуха предположительно из молекул азота и кислорода. Найти средний радиус молекулы воздуха при известном коэффициенте атомной поляризуемости β=1,1·10-29 м3.

Решение

Следует принять за основу выражение, которое связывает β с радиусом неполярной молекулы из предыдущего примера:

β=4πr3.

Необходимо выразить искомый радиус:

r=β4π3.

Подставим числовые значения и получим:

r=1,1·10-294·3,143≈0,96·10-10 (м).

Ответ: радиус молекулы r≈0,96·10-10 (м).

Неполярные диэлектрики

Любая молекула есть система из положительных и отрицательных зарядов. Если диэлектрик поместить в электрическое поле, то оно вызовет смещение зарядов в молекуле, тем самым создаст индуцированный дипольный момент.

Некоторые вещества построены из молекул, в состав которых входят незаряженные атомы, например, молекула водорода. Неполярную молекулу в отсутствии внешнего поля можно уподобить в виде двух равномерно заряженных сфер, центры которых совпадают. Поле равномерно заряженной сферы во внешнем пространстве такое же, как поле точечного заряда той же величины, что и заряд сферы, помещенного в центр сферы. Электрический момент такой молекулы равен нулю. Если неполярная молекула попадает в электрическое поле, то заряды смещаются друг относительно друга в противоположные стороны. Молекула вызывает электрическое поле, которое совпадает (вне молекулы) с полем диполя. У такого диполя каждый из точечных зарядов равен заряду сферы, а плечо диполя равно расстоянию между центрами сфер.

Смещение зарядов в слабых полях можно считать пропорциональным напряженности внешнего электрического поля. При этом дипольный момент молекулы (${\overrightarrow{p}}_e$) можно считать равным:

\[\overrightarrow{p_e}=\beta {\varepsilon }_0\overrightarrow{E’}\left(1\right),\]

где $\overrightarrow{E’}$ — напряженность поля, действующего на молекулу (в жидкостях и газах $\overrightarrow{E’}\ne \overrightarrow{E}$, $\overrightarrow{E}$ — среднее макроскопическое поле). Мы далее будем рассматривать газ, в нем $\overrightarrow{E’}=\overrightarrow{E}.$ $\beta $ — коэффициент поляризуемость молекулы, величина, которая зависит от строения молекулы. Формула (1) применима к молекулам со сферической симметрией. Такой тип поляризации называют электронной поляризацией.

Пусть неполярный диэлектрик находится во внешнем поле, примем, что локальное поле равно среднему полю внутри диэлектрика, то есть $\overrightarrow{E’}=\overrightarrow{E}.$ В таком случае каждая молекула имеет дипольный момент $\overrightarrow{p_e}$ выраженный формулой (1). В таком случае вектор поляризованности имеет вид:

\[\overrightarrow{P}=n\beta {\varepsilon }_0\overrightarrow{E\ }\left(2\right),\]

где $n$ — концентрация молекул (количество молекул в единице объема) диэлектрика. Для вектора электрического смещения имеем выражение:

\[\overrightarrow{D}={\varepsilon }_0\overrightarrow{E}+\overrightarrow{P}={\varepsilon }_0\overrightarrow{E}\left(1+n\beta \right)\left(3\right).\]

Так как для изотропного диэлектрика имеет место уравнение:

\[\overrightarrow{D}=\varepsilon {\varepsilon }_0\overrightarrow{E}\left(4\right).\]

Следовательно, получаем, что:

\[\varepsilon =1+n\beta \left(5\right).\]

Уравнение (5) связывает диэлектрическую проницаемость $\varepsilon $ с концентрацией молекул в диэлектрике и поляризуемостью молекул. Формула (5) является приближенной, так как мы считали, что электрическое поле, которое вызывает смещение зарядов в молекуле, равно среднему полю в диэлектрике, что, в общем, неверно. Среднее поле ($\overrightarrow{E}$) учитывает действие всех зарядов, поле же $\overrightarrow{E’}$ — выражает действие всех зарядов за исключением рассматриваемой молекулы.

Напряженность локального поля

Для того, чтобы получить выражение диэлектрической проницаемости для плотных диэлектриков (жидкостей и твердых тел), необходимо найти напряженность локального поля $\overrightarrow{E’}$. Что является нетривиальной задачей, так как это поле существенно зависит от внутренней структуры диэлектрика. Для кристаллов с кубической решеткой по модели Лоренца в разделе «Локальное поле» нами было получено, что $\overrightarrow{E’}$ равно:

\[\overrightarrow{E’}=\overrightarrow{E}+\frac{\overrightarrow{P}}{3{\varepsilon }_0}\left(6\right),\]

где $\overrightarrow{P}$ — вектор поляризованности кристалла. Эту формулу приближенно можно применить к неполярным жидкостям и газам, в которых молекулы расположены хаотично.

Используя формулу (6) можно вычислить поляризованность плотных диэлектриков. В этом случае вектор поляризованности равен:

\[\overrightarrow{P}=n\beta {\varepsilon }_0\left(\overrightarrow{E}+\frac{\overrightarrow{P}}{3{\varepsilon }_0}\right)\left(7\right).\]

Для вектора смещения, используя первую часть выражения (3) получаем равенство:

\[\overrightarrow{D}={\varepsilon }_0\overrightarrow{E}+\overrightarrow{P}={\varepsilon }_0\overrightarrow{E}+n\beta {\varepsilon }_0\left(\overrightarrow{E}+\frac{\overrightarrow{P}}{3{\varepsilon }_0}\right)={\varepsilon }_0\overrightarrow{E}+\frac{1}{3}n\beta \left(\overrightarrow{D}+2{\varepsilon }_0\overrightarrow{E}\right)\left(8\right).\]

Формула Клаузиуса — Моссотти

Так как для изотропного диэлектрика $\overrightarrow{D}=\varepsilon {\varepsilon }_0\overrightarrow{E},$ то из (8), следует, что:

\[\frac{\varepsilon -1}{\varepsilon +2}=\frac{n\beta }{3}\left(9\right).\]

Формула (8), которая называется формулой Клаузиуса — Моссотти, показывает, что для неполярных диэлектриков отношение, стоящее в левой части прямо пропорционально концентрации молекул, и, следовательно, плотности диэлектрика. Что хорошо подтверждается опытом. Помимо этого, если $n=const$, $\varepsilon $ не зависит от температуры, так как $\beta $ зависит только от строения молекулы. Этот факт, так же хорошо согласуется с опытом.

Разница между полярным и неполярным диэлектриками — Разница Между

Диэлектрики — это электрические изоляторы. Они не являются проводящими электричество материалами, поскольку у них нет свободных электронов для проведения электричества. Диэлектрик может быть поляризо

Основное отличие — полярные и неполярные диэлектрики

Диэлектрики — это электрические изоляторы. Они не являются проводящими электричество материалами, поскольку у них нет свободных электронов для проведения электричества. Диэлектрик может быть поляризован, применяя электрическое поле. Существует два типа диэлектриков, как полярные диэлектрики и неполярные диэлектрики. Полярные диэлектрики — это полярные соединения, которые не могут проводить электричество. Неполярные диэлектрики — это неполярные соединения, которые не могут проводить электричество. Основное различие между полярным и неполярным диэлектриками заключается в том, что полярные диэлектрики имеют асимметричную форму, тогда как неполярные диэлектрики имеют симметричную форму.

Ключевые области покрыты

1. Что такое полярные диэлектрики
— определение, полярность, примеры
2. Что такое неполярные диэлектрики
— определение, полярность, примеры
3. В чем разница между полярным и неполярным диэлектриками
— Сравнение основных различий

Ключевые слова: асимметричные, диэлектрические, изоляторы, неполярные, полярные, полярные, симметричные


Что такое полярные диэлектрики

Полярные диэлектрики — это полярные соединения, которые не могут проводить электричество. Никакой ток не может течь через них, потому что нет свободных электронов для проведения электричества. Основной причиной того, что материал является полярным диэлектриком, является его форма. Форма этих диэлектриков асимметрична.

Когда рассматривается полярная диэлектрическая молекула, полярность молекулы определяется формой или геометрией молекулы. Полярная ковалентная химическая связь образуется, когда два разных атома связаны друг с другом. Различные элементы имеют разные значения электроотрицательности. Электроотрицательность — это сродство к электронам. Атом с более высокой электроотрицательностью будет притягивать электроны связи к себе. Тогда атом с более низкой электроотрицательностью получает частичный положительный заряд (из-за дефицита электронов), а более электроотрицательный атом получает частичный отрицательный (из-за высокой плотности электронов). Это то, что мы называем полярностью ковалентной связи. Если молекула состоит из нескольких полярных ковалентных связей, расположение этих связей (форма молекулы) определяет, является ли она полярной молекулой или нет. Если эта молекула не может проводить электричество, то это полярный диэлектрик.

Рисунок 1: NH3 полярная диэлектрическая молекула

Молекула аммиака является хорошим примером полярного диэлектрика. У него нет свободных электронов, которые могут проводить электричество. Это полярная молекула, потому что атом азота является более электроотрицательным, чем атом водорода, и расположение трех N-H связей является тригональной пирамидальной.

Что такое неполярные диэлектрики

Неполярные диэлектрики — это неполярные соединения, которые не могут проводить электричество. Никакой ток не может течь через них, потому что нет свободных электронов для проведения электричества. Основной причиной того, что материал является полярным диэлектриком, является его форма. Форма этих диэлектриков симметрична.

Неполярные диэлектрические молекулы неполярные, потому что они имеют симметричную геометрию. Например, СО2 представляет собой линейную молекулу, имеющую две связи C-O. Связь C-O представляет собой полярную связь из-за разницы между значениями электроотрицательности углерода и кислорода. Но, поскольку расположение связей является линейным, чистая полярность равна нулю. Следовательно, это неполярная молекула. Не проводит электричество. Следовательно, это неполярная диэлектрическая молекула.

Рисунок 2: Бензол — неполярный диэлектрик

Некоторые примеры неполярных диэлектрических соединений включают метан, бензол, диоксид углерода и многие другие неполярные соединения, которые не имеют свободных электронов, способных проводить электричество.

Разница между полярным и неполярным диэлектриками

Определение

Полярные диэлектрики: Полярные диэлектрики — это полярные соединения, которые не могут проводить электричество.

Неполярные диэлектрики: Неполярные диэлектрики — это неполярные соединения, которые не могут проводить электричество.

форма

Полярные диэлектрики: Форма полярных диэлектриков асимметрична.

Неполярные диэлектрики: Форма неполярных диэлектриков симметрична.

полярность

Полярные диэлектрики: Полярные диэлектрики являются полярными.

Неполярные диэлектрики: Неполярные диэлектрики неполярные.

Примеры

Полярные диэлектрики: Аммиак и HCl являются хорошими примерами полярных диэлектриков.

Неполярные диэлектрики: Бензол, метан, углекислый газ являются хорошими примерами неполярных диэлектриков.

Заключение

Диэлектрики — это соединения, которые не могут проводить электричество. Эти диэлектрики находятся в виде полярных диэлектриков или неполярных диэлектриков в зависимости от полярности молекул. Основное различие между полярными диэлектриками и неполярными диэлектриками заключается в том, что полярные диэлектрики имеют асимметричную форму, тогда как неполярные диэлектрики имеют симметричную форму.

Рекомендации:

1. «Диэлектрик». Изучение химии,

диэлектрики полярные, неполярные и с ионной структурой

В настоящее время принято разделение линейных диэлектриков по механизмам поляризации молекул. Эта классификация исключительно важна при изучении как электрических, так и общих физико-химических свойств диэлектриков.

Неполярные диэлектрики (нейтральные) — состоят из неполярных молекул, у которых центры тяжести положительного и отрицательного зарядов совпадают. Следовательно неполярные молекулы не обладают электрическим моментом и их электрический момент

p = q • l = 0.

Примером практически неполярных диэлектриков, применяемых в качестве электроизоляционных материалов, являются углеводороды, нефтяные электроизоляционные масла, полиэтилен, полистирол и др.

Полярные диэлектрики (дипольные) — состоят из полярных молекул, обладающих электрическим моментом. В таких молекулах из-за их асимметричного строения центры масс положительных и отрицательных зарядов не совпадают. При замещении в неполярных полимерах некоторой части водородных атомов другими атомами или не углеводородными радикалами получаются полярные вещества. При определении полярности вещества по химической формуле следует учитывать пространственное строение молекул. К полярным диэлектрикам относятся феноло-формальдегидные и эпоксидные смолы, кремнийорганические соединения, хлорированные углеводороды и др. Примеры молекул неполярных и полярных веществ показаны на рис. 7.3.

рис. 7.3

Ионные соединения представляют собой твердые неорганические диэлектрики с ионным типом химической связи. Для этой группы соединений характерны, кроме электронной, ионная и электронно-релаксационная поляризации. Принято выделять группу диэлектриков с быстрыми видами поляризаций — электронной и ионной, и с замедленными видами поляризаций релаксационного типа, накладывающихся на электронную и ионную поляризацию. К первой группе, в которой наблюдаются только быстрые виды поляризаций, относятся кристаллические вещества с плотной упаковкой ионов. К ним относятся каменная соль, кварц, слюда, корунд, двуокись титана (рутил) и др. Ко второй группе, в которой кристаллические диэлектрики с неплотной упаковкой частиц в решетке имеют также и ионно — релаксационную поляризацию, относятся неорганические стекла, электротехнический фарфор, ситаллы, микалекс и др.

3.4 Токи в диэлектриках

В момент включения и выключения постоянного электрического поля через диэлектрик электрического конденсатора протекает обусловленный быстрыми видами поляризаций ток смещения Iсм за время ~10-15с. В неполярных однородных диэлектриках затем устанавливается ток сквозной проводимости Iскв. В начальный момент времени и при выключении постоянного поля через полярные и неоднородные диэлектрики протекает также ток абсорбцииIабс, причиной которого являются замедленные (релаксационные) поляризации. Во многих диэлектриках, используемых в качестве электрической изоляции, ток сквозной проводимости Iскв устанавливается за время меньшее 1 мин.

В переменном электрическом поле через диэлектрик протекают все, характерные для него виды токов. Сквозной токIскв (ток утечки) обусловлен наличием в диэлектриках указанных в табл.1свободных носителей заряда различной природы.

Вид диэлектрика

Носители заряда (область слабых полей)

Природа носителей заряда (происхождение)

Газообразные

Положительные и отрицательные ионы

Ионизация молекул газа

В сильных полях также электроны

Ударная ионизация и фотоионизация молекул газа

Жидкие

Ионы

Диссоциация молекул примесей

Коллоидные заряженные частицы

Характерны для коллоидных растворов-эмульсий (коллоидные частицы-жидкость) и суспензий (взвешенное фаза-твердое вещество)

Твердые

Ионы

Диссоциация примесей или собственных молекул

Точечные дефекты кристаллической решетки: вакансии (пустые узлы), межузельные ионы

Зависят от структуры кристаллического диэлектрика

Электроны проводимости или дырки в заполненной зоне

В диэлектриках с электронным механизмом проводимости

В постоянном электрическом поле токи абсорбции Iабс могут устанавливаться в течение длительного времени (в течение минут или даже часов ) в зависимости от типа диэлектрика и механизма поляризации. После исчезновения тока абсорбции через диэлектрик будет протекать только ток сквозной проводимости Iскв. При расчете сопротивления изоляции на постоянном напряжении необходимо расчет вести по току сквозной проводимости Iскв, исключая токи абсорбции. Механизмы возникновения и уменьшения тока абсорбции Iабс показаны в табл. 2.

Условия возникновения Iабс

Механизм или причина уменьшения проводимости

При ионной проводимости наличие блокирующих контактов с электродами

Блокирующие контакты препятствуют прохождению носителей заряда через границу электрод-диэлектрик или разряду носителей, подходящих из объема диэлектрика на границе с электродом.

Неоднородная структура диэлектрика

Накопление заряда на границах раздела, что вызывает перераспределение электрического поля.

Ионная проводимость в жидком диэлектрике

Необратимое удаление носителей заряда и разрядка их на электродах (электроочистка)

Инжекция электронов или дырок в диэлектрик

Захват носителей заряда на ловушки (дефекты решетки) и исключение их из процесса переноса тока

Наличие в диэлектрике замедленной поляризации

Установление релаксационной поляризации с течением времени

Какие диэлектрики называют полярными а какие неполярными — Строй Обзор

На чтение 9 мин Просмотров 41 Опубликовано

94.2. Какие диэлектрики называют полярными, а какие — неполярными

Задача из пособия: Мякишев, Буховцев, Сотский, 10 класс
Глава 14. Электростатика

Решение

Согласно воззрениям классической физики диэлектрики коренным образом отличаются от проводников тем, что в обычных условиях свободные электрические заряды в них отсутствуют. Суммарный заряд частиц, образующих молекулы диэлектриков, равен нулю. Однако это вовсе не означает, что молекулы данных веществ не способны проявлять электрических свойств.

Все известные линейные диэлектрики можно разделить на две большие группы: полярные диэлектрики и неполярные диэлектрики. Данное разделение вводится в силу различий в механизмах поляризации молекул каждого типа диэлектриков. На самом деле механизм поляризации оказывается исключительно важным аспектом в изучении как физических и химических свойств диэлектриков, так и в изучении их электрических свойств.

Неполярные диэлектрики называются еще нейтральными диэлектриками, потому что молекулы, из которых данные диэлектрики состоят, отличаются совпадением центров тяжести отрицательного и положительного зарядов внутри них. В результате получается, что молекулы неполярных диэлектриков не имеют собственного электрического момента, он равен нулю. И при отсутствии внешнего электрического поля положительные и отрицательные заряды молекул таких веществ расположены симметрично.

Если же внешнее электрическое поле к неполярному диэлектрику приложить, то положительные и отрицательные заряды в молекулах сместятся от исходного положения равновесия, молекулы превратятся в диполи, электрические моменты которых окажутся теперь пропорциональны напряженности приложенного к ним электрического поля, и будут направлены параллельно полю.

В качестве примеров неполярных диэлектриков, которые с успехом применяются сегодня как электроизоляционные материалы, можно привести следующие: полиэтилен, полистирол, углеводороды, нефтяные электроизоляционные масла и т. д. Также яркими представителями неполярных молекул являются, например, азот, углекислый газ, метан и т. д.

Неполярные диэлектрики благодаря низким значениям тангенса угла диэлектрических потерь находят широкое применение в качестве высокочастотных диэлектриков в конденсаторах, таких как К78-2.

У полярных диэлектриков, которые называются также дипольными диэлектриками, молекулы обладают собственным электрическим моментом, то есть молекулы их полярны. Причина в том, что у полярных диэлектриков молекулы имеют асимметричное строение, поэтому центры масс отрицательных и положительных зарядов в молекулах таких диэлектриков не совпадают.

Если в неполярном полимере некоторые из атомов водорода заменить на атомы других элементов или на не углеводородные радикалы, то получится как раз полярный (дипольный) диэлектрик, поскольку симметрия в результате такой замены нарушится. Определяя по химической формуле полярность вещества, исследователю следует, конечно, иметь представление о пространственном строении его молекул.

Когда внешнее электрическое поле отсутствует, оси молекулярных диполей из-за теплового движения ориентированы хаотично, так что на поверхности диэлектрика и в любом элементе его объема электрический заряд в среднем равен нулю. Однако при внесении диэлектрика во внешнее поле возникает частичная ориентация молекулярных диполей. В результате на поверхности диэлектрика появляются нескомпенсированные макроскопические связанные заряды, создающие поле направленное навстречу внешнему полю.

В качестве примеров полярных диэлектриков, можно назвать следующие: хлорированные углеводороды, эпоксидные и фенол-формальдегидные смолы, кремнийорганические соединения и т. д. Молекулы воды и спирта, например, также являются яркими примерами полярных молекул. Полярные диэлектрики находят широкое применение в различных областях техники, таких как пьезо- и сегнетоэлектричество, оптика, нелинейная оптика, электроника, акустика и др.

Вопрос. Что такое поляризация диэлектрика?

Ответ. Поляризацией называется состояние вещества, при котором элементарный объем диэлектрика приобретает электрический момент.

Вопрос. Что такое поляризованность диэлектрика?

Ответ. Поляризованность определяет интенсивность поляризации диэлектрика и является количественной характеристикой диэлектрика, выражая отношение электрического момента элемента диэлектрика к объему этого элемента

Вопрос. За счет чего возникает электрический момент в объеме диэлектрика?

Ответ. Возникновение электрического момента в объеме образца диэлектрического материала или участка электрической изоляции может происходить под действием электрического поля, механических напряжений или спонтанно (самопроизвольно).

Вопрос. Что называется относительной диэлектрической проницаемостью?

Ответ. Относительная диэлектрическая проницаемость представляет собой отношение суммарного заряда конденсатора с диэлектриком к заряду того же конденсатора, если поместить его в вакууме без диэлектрика.

Вопрос. Какие диэлектрики называются линейными и нелинейными?

Ответ. Для линейных диэлектриков зависимость поляризованности от напряженности поля носит линейный характер, для нелинейных — нелинейный.

Вопрос. Какие диэлектрики называются неполярными?

Ответ. Неполярные диэлектрики (нейтральные) состоят из неполярных молекул, у которых центры тяжести положительного и отрицательного зарядов совпадают. Следовательно, неполярные молекулы не обладают электрическим моментом и их электрический момент равен нулю.

Вопрос. Какие неполярные диэлектрики применяются в качестве изоляционных материалов?

Ответ. Примером неполярных диэлектриков, применяемых в качестве электроизоляционных, являются углеводородные материалы, нефтяные электроизоляционные масла, полиэтилен, полистирол.

Вопрос. Какие диэлектрики называются полярными?

Ответ. Полярные диэлектрики (дипольные) состоят из полярных молекул, обладающих электрическим моментом. В таких молекулах из-за их асимметричного строения центры масс положительных и отрицательных зарядов не совпадают.

Вопрос. Какие полярные диэлектрики Вы знаете?

Ответ. К полярным диэлектрикам относятся фенолоформальдегидные и эпоксидные смолы, кремнийорганические соединения, хлорированные углеводороды и др.

Вопрос. Назовите виды поляризации для ионных соединений.

Ответ. Ионные соединения представляют собой твердые неорганические диэлектрики с ионным типом химической связи. Для них характерны кроме электронной, ионная и ионно-релаксационная поляризации.

Вопрос. В каких материалах наблюдаются только быстрые виды поляризации?

Ответ. Быстрые виды поляризации наблюдаются в неполярных диэлектриках и в кристаллических веществах с плотной упаковкой ионов.

Вопрос. В каких материалах наблюдается ионно-релаксационная поляризация?

Ответ. Кристаллические диэлектрики с неплотной упаковкой ионов в решетке имеют ионно-релаксационную поляризацию. К ним относятся неорганические стекла, электротехнический фарфор, ситаллы, микалекс.

Вопрос. В чем состоит физическая сущность электронной поляризации?

Ответ. Электронная поляризация — смещение электронного облака относительно центра ядра атома или иона, в результате чего возникает электрический момент, исчезающий после окончания действия электрического поля.

Вопрос. Какая поляризация наблюдается во всех без исключения диэлектриках?

Ответ. Электронная поляризация.

Вопрос. В чем состоит физическая сущность ионной поляризации?

Ответ. Ионная поляризация — наблюдается в веществах с ионной химической связью и проявляется в смещении друг относительно друга разноименно заряженных ионов на расстояния меньше.

Вопрос. В чем состоит физическая сущность релаксационной поляризации?

Ответ. Релаксационные (замедленные) виды поляризации — проявляются в газах, жидкостях и твердых диэлектриках в том случае, если они состоят из полярных молекул, диполей или молекул, имеющих отдельные радикалы или части (сегменты), обладающие собственными электрическими моментами.

Вопрос. Какие виды релаксационных поляризаций для твердых диэлектриков Вы знаете?

Ответ. В твердых диэлектриках возможны различные разновидности релаксационных поляризаций, связанные, главным образом, с химическим составом, структурой и типом дефектов поляризации: электронно-релаксационная; ионно-релаксационная; дипольно-релаксационная, миграционная; спонтанная.

Вопрос. Какие поляризации происходят с рассеянием (потерями) энергии приложенного электрического поля и выделением тепла в материале?

Ответ. Замедленные поляризации.

Вопрос. В чем состоит физическая сущность дипольной поляризации?

Ответ. Дипольную поляризацию часто называют ориентационной, так как она проявляется в появлении некоторой упорядоченности в расположении полярных молекул, совершающих хаотические «тепловые» движения под действием электрического поля. При дипольно-радикальной или дипольно-сегментальной поляризации в некоторых полярных полимерах под действием поля происходит определенное упорядочение полярных радикалов или более крупных частей макромолекул — сегментов.

Вопрос. Объясните характер зависимости диэлектрической проницаемости от температуры для полярной жидкости.

Ответ. При низких температурах ориентация молекул электрическим полем затруднена, поэтому диэлектрическая проницаемость невелика. При повышении температуры из-за уменьшения вязкости ориентация молекул облегчается, что приводит к увеличению интенсивности дипольно-релаксационной поляризации и резкому росту диэлектрической проницаемости, которая, после достижения максимума, уменьшается, приблизительно обратно пропорционально температуре за счет роста теплового движения молекул, препятствующего упорядочению полярных молекул (диполей).

Вопрос. Объясните характер частотной зависимости диэлектрической проницаемости для полярных диэлектриков.

Ответ. С увеличением частоты в области низких частот диэлектрическая проницаемость полярных диэлектриков остается постоянной до тех пор, пока время релаксации дипольных молекул остается меньше полупериода электрического поля (1/2f), т.е. за это время диполи успевают полностью упорядочиться в направлении поля. При дальнейшем росте частоты, когда время полупериода становится меньше времени релаксации, которое от частоты не зависит, диэлектрическая проницаемость начинает уменьшаться вплоть до значений, определяемых электронной поляризацией.

Вопрос. В чем состоит физическая сущность ионно-релаксационной поляризации?

Ответ. Слабо связанные ионы вещества под действием приложенного электрического поля смещаются на расстояния, существенно превышающие величину смещения ионов при упругой ионной поляризации.

Вопрос. В чем состоит физическая сущность миграционной поляризации?

Ответ. Миграционная поляризация наблюдается в неоднородных диэлектриках, имеющих проводящие и полупроводящие включения, слои с различной проводимостью и т.п. При внесении неоднородных диэлектриков в электрическое поле свободные заряды смещаются и концентрируются на граничных слоях включений, в приэлектродных слоях и т.д., образуя пространственные заряды, поле которых внешне проявляет себя как «дополнительный» механизм поляризации.

Вопрос. Для каких материалов характерна электронно-релаксационная поляризация?

Ответ. Электронно-релаксационная поляризация характерна для твердых диэлектриков, содержащих дефекты или примесные ионы, способные захватывать электроны. Этот вид поляризации существенную роль играет в поликристаллической керамике типа рутила TiO2, перовскита CaTiO3, в керамических материалах, изготовленных на основе сложных оксидов титана, циркония, ниобия, тантала, свинца, церия, висмута, имеющих важное техническое значение.

Вопрос. Что называют сегнетоэлектрическими материалами?

Ответ. Сегнетоэлектрики обладают спонтанной поляризацией — наличием у них доменной структуры — взаимосвязанных микрообластей, в пределах которых векторы поляризации структурных ячеек имеют одинаковое направление и характеризуются высокими значениями диэлектрической проницаемости (до 1000–100000).

Вопрос. Для каких материалов диэлектрическая проницаемость близка к квадрату лучепреломления диэлектрика?

Ответ. Для неполярных диэлектриков.

Вопрос. Как зависит диэлектрическая проницаемость от температуры для сегнетоэлектриков ?

Ответ. Для сегнетоэлектриков характерны зависимости диэлектрической проницаемости от температуры с резко выраженным максимумом, который наблюдается вблизи точки перехода — точки Кюри Тк.

Вопрос. Как зависит ионно-релаксационная поляризуемость от температуры ?

Ответ. С увеличением температуры ионно-релаксационная поляризуемость нелинейно возрастает в результате ослабления связи между ионами и, главным образом, увеличения числа ионов, участвующих в этом виде поляризации.

Вопрос. До каких частот диэлектрическая проницаемость неполярных диэлектриков остается постоянной ?

Ответ. Диэлектрическая проницаемость неполярных диэлектриков не зависит от частоты вплоть до частот, порядка 10 14 – 10 16 Гц. При таких частотах будет наблюдаться (резонансная) дисперсия проницаемости связанная с резонансной поляризацией.

Вопрос. Какая поляризация обычно исчезает в диэлектриках на частотах выше 10 МГц?

Электричество и магнетизм

Здесь — вектор дипольного момента одной молекулы, суммирование ведётся по всем молекулам, находящимся внутри физически бесконечно малого объема   . Например, рассмотрим однородно поляризованный шар (рис. 3.17). 

 

Рис. 3.17. Поляризованность и электрическое поле однородно поляризованного шара 

При поляризации неполярного диэлектрика электронная оболочка атома или молекулы деформируется — электроны смещаются против поляризующего поля, ядра смещаются по полю. Возникает некоторое расстояние между ранее (в отсутствие поляризующего поля) совпадавшими центрами положительных и отрицательных зарядов. В результате атом или молекула приобретают некоторый наведенный дипольный момент. 

Более или менее очевидно, что наведенный дипольный момент будет пропорционален величине внешнего электрического поля. Понять это можно, рассматривая поведение потенциальной энергии П(x) взаимодействия двух частиц, где х — расстояние между ними. Пусть равновесному состоянию соответствует расстояние (частицы находятся в одной точке и дипольный момент отсутствует). При малых отклонениях от положения равновесия в разложении потенциальной энергии в ряд Тейлора можно ограничиться несколькими первыми членами

Учитывая, что первая производная в точке равновесия равна нулю и что вторая производная в этой точке положительна , получаем, что вблизи точки устойчивого равновесия потенциальная энергия ведет себя как

Соответственно, при отклонении от этого положения возникает сила

,

подобная силе упругости при растяжении пружины. Если заряды в молекуле «соединены» такой «пружиной», то при наложении поля Е новое равновесное расстояние между частицами будет определяться соотношением

В результате находим величину возникшего под действием поля дипольного момента

Умножая наведенный дипольный момент на концентрацию поляризованных молекул N/V (N — их полное число в объеме V), получаем поляризованность диэлектрика

               

(3.16)

Если записать поляризованность (3.16) в виде

 

где константа (для данного вещества)  по определению есть диэлектрическая восприимчивость вещества, то для , то в рамках данной модели диэлектрическую восприимчивость можно вычислить по нижеследующей формуле

  

У молекул, называемых полярными, центры положительных и отрицательных зарядов сдвинуты друг относительно друга, поэтому такая молекула имеет собственный дипольный момент. При помещении такой молекулы в электрическое поле её электронная оболочка деформируется, расстояние между центрами зарядов увеличивается и к исходному собственному дипольному моменту добавляется некоторый наведенный дипольный момент. Однако, можно показать, что этот дополнительный наведенный дипольный момент много меньше собственного. Разумеется, это справедливо, если поляризующее поле много меньше поля, существующего внутри молекулы. По порядку величины внутримолекулярное поле равно атомной единице напряженности электрического поля:  В/м. В написанном выражении для атомной единицы напряженности электрического поля  масса электрона,  его заряд,  постоянная Планка. Учитывая, что, например, «пробойная» — приводящая к искровому разряду – напряженность поля для сухого воздуха составляет всего  В/м, то есть на пять порядков меньше, можно утверждать, что в подавляющем большинстве экспериментов наведенным дипольным моментом, при наличии собственного, можно пренебречь. В дальнейшем, при рассмотрении поляризации дипольных диэлектриков, этот эффект (наведение дополнительного момента) учитываться не будет.

Векторы собственных дипольных моментов отдельных молекул в обычном состоянии из-за теплового движения ориентированы хаотически. Поэтому при отсутствии внешнего электрического поля средний суммарный дипольный момент любого физически бесконечно малого объема диэлектрика равен нулю. Другими словами, диэлектрик не поляризован: его поляризованность  равна нулю.

Внешнее электрическое поле стремится ориентировать дипольные моменты молекул параллельно вектору , а тепловое движение этому препятствует, диэлектрик поляризуется, при этом его поляризованность должна зависеть от температуры, а именно: с ростом температуры она должна убывать. Ниже эта зависимость вычисляется, также будет показано, что и в случае полярных диэлектриков их поляризованность пропорциональна напряженности поляризующего поля. Такая поляризация называется ориентационной (рис. 3.18). 

 

Рис. 3.18. Ориентационная поляризация диэлектрика

Что такое полярный неполярный диэлектрик, приведите один пример физики класса 12 CBSE

Подсказка: термин полярный относится к тому, что в среде присутствует внутреннее разделение зарядов, когда нет внешнего электрического поля. Термин «неполярный» означает, что в отсутствии электрического поля разделения зарядов нет. Материалы, которые проявляют свойство полярности, называются полярными материалами, а материалы, не обладающие этим свойством, называются неполярными. Диэлектрик — это изолятор, который не позволяет заряду проходить через него.

Полный пошаговый ответ:
Диэлектрики: Диэлектрики — это электрические изоляторы, поляризуемые в присутствии электрического поля. Поскольку это изолятор, он не позволяет заряду проходить через него, но вызывает разделение зарядов, поэтому положительный заряд смещается в направлении электрического поля, в то время как отрицательные заряды выстраиваются напротив направления электрического поля. Это создает внутреннее электрическое поле внутри диэлектрика, которое противодействует внешнему электрическому полю.

Полярные диэлектрики: Полярные диэлектрики — это материалы, которым присущ дипольный момент. Таким образом, положительный и отрицательный заряды разделены небольшим расстоянием в отсутствие электрического поля. Если приложить внешнее электрическое поле, диполи переориентируются вдоль направления поля. Аммиак и вода — хороший пример полярных диэлектриков.

Неполярные диэлектрики: Неполярные диэлектрики — это материалы, не обладающие собственным дипольным моментом. Таким образом, положительный и отрицательный заряды не разделены небольшим расстоянием в отсутствие электрического поля.Обычно положительное и отрицательное близко друг к другу и расстояние между ними примерно равно нулю. Таким образом, при приложении электрического поля заряды разделяются, и положительные заряды будут концентрироваться на левой стороне, а отрицательные — на правой, когда электрическое поле применяется справа налево. Бензол и метан — хорошие примеры неполярных диэлектриков.

Примечание. Диэлектрики используются для хранения энергии, поскольку они могут накапливать электрическую энергию внутри себя.
Конденсаторы могут изготавливаться из диэлектриков.
Диэлектрики — важная концепция для объяснения различных явлений в физике, в основном в области электроники, оптики, физики твердого тела и т. Д.

Различение полярных и неполярных диэлектриков. Класс 12 физика CBSE

Подсказка: В этом вопросе, в первую очередь пересмотреть концепции диэлектриков. Диэлектрики бывают двух типов: полярные и неполярные диэлектрики. Теперь мы различаем их. Основное различие между ними — форма.

Полный ответ:
Во-первых, напишем, что такое диэлектрик. Диэлектрики — это электрические изоляторы, поляризованные в присутствии электрического поля. Когда диэлектрики помещаются в электрическое поле, через них не проходит ток, потому что они не имеют слабосвязанных или свободных электронов, которые могут дрейфовать по материалу. Диэлектрики бывают двух типов:
-Полярный диэлектрик
-Неполярный диэлектрик

Различение типов в табличной форме:

Полярные диэлектрики Неполярные диэлектрики
Эти материалы имеют собственный дипольный момент Эти материалы не обладают дипольным моментом.
В присутствии электрического поля положительные и отрицательные заряды разделены небольшим расстоянием. В присутствии электрического поля положительные и отрицательные заряды не разделены малым расстоянием
Эти материалы обладают свойством полярности. Эти материалы не обладают свойством полярности.
Полярные диэлектрики — это полярные соединения, не проводящие электричество. Неполярные диэлектрики — это неполярные соединения, не проводящие электричество.
Форма этих диэлектриков несимметрична. Форма диэлектриков симметричная.
Полярные диэлектрики полярны. Неполярные диэлектрики неполярны.
Пример: аммиак и вода Пример: бензол и метан

Примечание: Диэлектрики — это соединения, не проводящие электричество. Эти диэлектрики находятся как в полярных, так и в неполярных диэлектриках, в зависимости от полярности молекул.Основное различие между ними заключается в том, что полярные диэлектрики имеют асимметричную форму, а неполярные диэлектрики имеют симметричную форму.

Разница между полярными и неполярными диэлектриками

Основное отличие — полярные диэлектрики от неполярных

Диэлектрики — это изоляторы электрические. Они не являются материалами, проводящими электричество, поскольку в них нет свободных электронов для проведения электричества. Диэлектрик можно поляризовать, приложив электрическое поле. Есть два типа диэлектриков: полярные диэлектрики и неполярные диэлектрики.Полярные диэлектрики — это полярные соединения, которые не проводят электричество. Неполярные диэлектрики — это неполярные соединения, которые не проводят электричество. Основное различие между полярными и неполярными диэлектриками состоит в том, что полярные диэлектрики имеют асимметричную форму, тогда как неполярные диэлектрики имеют симметричную форму.

Основные зоны покрытия

1. Что такое полярные диэлектрики
— Определение, полярность, примеры
2. Что такое неполярные диэлектрики
— Определение, полярность, примеры
3.В чем разница между полярными и неполярными диэлектриками
— Сравнение основных различий

Ключевые термины: асимметричный, диэлектрики, изоляторы, неполярный, полярный, полярность, симметричный

Что такое полярные диэлектрики

Полярные диэлектрики — это полярные соединения, которые не проводят электричество. Через них не может протекать ток, потому что нет свободных электронов, проводящих электричество. Основной причиной того, что материал является полярным диэлектриком, является его форма.Форма этих диэлектриков асимметрична.

Когда рассматривается молекула полярного диэлектрика, полярность молекулы определяется формой или геометрией молекулы. Полярная ковалентная химическая связь образуется, когда два разных атома связаны друг с другом. У разных элементов разные значения электроотрицательности. Электроотрицательность — это сродство к электронам. Атом с более высокой электроотрицательностью будет притягивать к себе электроны связи. Затем атом с более низкой электроотрицательностью получает частичный положительный заряд (из-за недостатка электронов), а атом с более электроотрицательным зарядом получает частичный отрицательный (из-за высокой плотности электронов).Это то, что мы называем полярностью ковалентной связи. Если молекула состоит из нескольких полярных ковалентных связей, расположение этих связей (форма молекулы) определяет, является ли она полярной молекулой или нет. Если эта молекула не может проводить электричество, то это полярный диэлектрик.

Рисунок 1: NH 3 — полярная диэлектрическая молекула

Молекула аммиака — хороший пример полярного диэлектрика. В нем нет свободных электронов, которые могут проводить электричество.Это полярная молекула, потому что атом азота более электроотрицателен, чем атом водорода, а расположение трех связей N-H является тригонально-пирамидальным.

Что такое неполярные диэлектрики

Неполярные диэлектрики — это неполярные соединения, которые не проводят электричество. Через них не может протекать ток, потому что нет свободных электронов, проводящих электричество. Основной причиной того, что материал является полярным диэлектриком, является его форма. Форма этих диэлектриков симметрична.

Неполярные диэлектрические молекулы неполярны, поскольку имеют симметричную геометрию.Например, CO 2 представляет собой линейную молекулу, имеющую две связи C-O. Связь C-O является полярной связью из-за разницы между значениями электроотрицательности углерода и кислорода. Но поскольку расположение связей линейное, чистая полярность равна нулю. Следовательно, это неполярная молекула. Он не проводит электричество. Следовательно, это неполярная диэлектрическая молекула.

Рисунок 2: Бензол — неполярный диэлектрик

Некоторые примеры неполярных диэлектрических соединений включают метан, бензол, диоксид углерода и многие другие неполярные соединения, которые не имеют свободных электронов, способных проводить электричество.

Разница между полярными и неполярными диэлектриками

Определение

Полярные диэлектрики: Полярные диэлектрики — это полярные соединения, которые не проводят электричество.

Неполярные диэлектрики: Неполярные диэлектрики — это неполярные соединения, которые не проводят электричество.

Форма

Полярные диэлектрики: Полярные диэлектрики имеют асимметричную форму.

Неполярные диэлектрики: Неполярные диэлектрики имеют симметричную форму.

Полярность

Полярные диэлектрики: Полярные диэлектрики полярны.

Неполярные диэлектрики: Неполярные диэлектрики неполярны.

Примеры

Полярные диэлектрики: Аммиак и HCl являются хорошими примерами полярных диэлектриков.

Неполярные диэлектрики: Бензол, метан, диоксид углерода являются хорошими примерами неполярных диэлектриков.

Заключение

Диэлектрики — это соединения, которые не проводят электричество.Эти диэлектрики находятся в виде полярных диэлектриков или неполярных диэлектриков в зависимости от полярности молекул. Основное различие между полярными диэлектриками и неполярными диэлектриками состоит в том, что полярные диэлектрики имеют асимметричную форму, тогда как неполярные диэлектрики имеют симметричную форму.

Ссылки:

1. «Диэлектрик». Обучение химии, доступно здесь.
2. «Дипольный момент | Диэлектрический материал | Полярные и неполярные молекулы ». Физика, Byjus Classes, 7 августа 2017 г., доступно здесь.
3. «Что такое полярные и неполярные диэлектрики?» The Bigger, доступно здесь.

Изображение предоставлено:

1. «Полярность Nh4» Автор す じ に く シ チ ュ ー — собственная работа (CC0) через Commons Wikimedia
2. «Бензол-2D-плоский» Бенджах-bmm27 предполагается (на основании заявлений об авторских правах) (общественное достояние) через Commons Wikimedia

Чем отличаются полярные диэлектрические материалы от неполярных

Диэлектрики — это изоляционные материалы, через которые электрический ток не может легко проходить, потому что эти материалы имеют очень высокое значение электрического сопротивления.Например, бумага, пирекс, полистирол, трансформаторное масло, чистая вода, силикон и т. Д.

Виды диэлектрических материалов

Есть два типа диэлектриков:

  1. Полярные диэлектрики
  2. Неполярные диэлектрики

Полярные диэлектрики

Диэлектрические материалы, которые имеют постоянные электрические диполи с моментом «p», называются полярными диэлектриками. Эти материалы состоят из молекул, которые являются постоянными диполями.
В отсутствие внешнего электрического поля полярные молекулы ориентированы случайным образом.В результате у этих материалов нет чистого дипольного момента.
Когда прикладывается внешнее электрическое поле , все диполи стремятся выровняться с внешним электрическим полем . Но тепловое перемешивание имеет тенденцию удерживать диполи в произвольной ориентации. Следовательно, частичное выравнивание электрических диполей происходит в полярной диэлектрической среде при определенной напряженности поля. Однако выравнивание диполей можно увеличить, увеличив внешнее электрическое поле и уменьшив температуру .

Неполярные диэлектрики


Электрические материалы, не имеющие постоянного дипольного момента, называются неполярными диэлектриками. В отсутствие внешнего электрического поля атомы нейтральны. Когда прикладывается электрическое поле с напряженностью «E 0 », оно имеет тенденцию разделяться на положительные и отрицательные заряды на атомах молекул. В результате атомы и молекулы диэлектрика становятся диполями, называемыми индуцированными диполями, и этот процесс называется электрической поляризацией .
Если неполярные диэлектрические материалы помещаются в электрическое поле , имеющее напряженность «E 0 », то создается другое электрическое поле «E» из-за поляризации среды. Электрическое поле, создаваемое поляризацией диэлектрика, всегда противоположно направлению внешнего электрического поля . Итак, чистое электрическое поле в этой области равно «E = E 0 -E». Следовательно, чистое электрическое поле уменьшается из-за поляризации диэлектрической среды.

Емкость по формуле диэлектрической проницаемости

Рассмотрим конденсатор с параллельными пластинами, который соединен с батареей с ЭДС «V». Пусть «A» — площадь каждой пластины, а »- расстояние между пластинами.
Если в конденсаторе хранится заряд q, когда между пластинами присутствует вакуум или воздух, то:
q = CV
Где C — емкость конденсатора, которая в случае Конденсатор с параллельными пластинами выражается как:

Майкл Фарадей в 1937 году исследовал, что если пространство между пластинами конденсатора с параллельными пластинами заполнено некоторой диэлектрической средой, то заряд, накопленный в конденсаторе, увеличивается до «q».Следовательно, емкость емкости также увеличивается до «C».

Влияние диэлектрика на формулу емкости

Когда между пластинами конденсатора нет диэлектрической среды, накопленный заряд q в конденсаторе можно определить с помощью выражения:
q = CV
Но когда диэлектрическая среда помещена между пластинами конденсатора, тогда чистое электрическое поле и чистая разность потенциалов между пластинами уменьшаются из-за электрической поляризации диэлектрической среды.Таким образом, аккумулятор действительно передает больше зарядов, увеличивая разность потенциалов между пластинами. Следовательно, чем больше заряда накапливается в конденсаторе, когда между его пластинами помещается диэлектрическая среда, и, следовательно, емкость конденсатора увеличивается.
Смотрите также видео

Разница между полярными и неполярными диэлектриками

Основное различие между ними заключается в том, что полярные диэлектрики имеют асимметричную форму, а неполярные диэлектрики имеют симметричную форму.

Полный ответ:

Полярные диэлектрики Неполярные диэлектрики
Эти материалы обладают собственным дипольным моментом. Эти материалы не обладают дипольным моментом.
  1. Что такое полярные и неполярные диэлектрики, приведите по одному примеру каждый?
  2. В чем разница между полярными и неполярными молекулами?
  3. Что такое полярные молекулы диэлектрика?
  4. Что из следующего является неполярным диэлектриком?
  5. Что неполярное?
  6. Что означает диэлектрик?
  7. Почему важно знать, полярная или неполярная молекула?
  8. Вода полярная или неполярная?
  9. Что такое полярные и неполярные соединения?
  10. Что такое диэлектрические вещества?
  11. Что такое полярный материал?
  12. Что подразумевается под полярностью?

Какие полярные и неполярные диэлектрики приведите по одному примеру?

Примеры полярных диэлектриков: Nh4, HCL, вода и т. Д.Неполярные диэлектрики: в случае неполярных диэлектриков центры как положительных, так и отрицательных зарядов совпадают. Дипольный момент каждой молекулы в неполярной системе равен нулю. … Примеры неполярных диэлектриков: метан, бензол и т. Д.

В чем разница между полярными и неполярными молекулами?

Полярные молекулы возникают, когда между связанными атомами существует разность электроотрицательности. Неполярные молекулы возникают, когда электроны делятся поровну между атомами двухатомной молекулы или когда полярные связи в более крупной молекуле нейтрализуют друг друга.

Что такое полярные молекулы диэлектрика?

Полярные диэлектрики: Полярные диэлектрики — это материалы, которым присущ дипольный момент. Таким образом, положительный и отрицательный заряды разделены небольшим расстоянием в отсутствие электрического поля. Если приложить внешнее электрическое поле, диполи переориентируются вдоль направления поля.

Что из следующего является неполярным диэлектриком?

Вода и бензол — неполярные молекулы. Но вода — проводник электричества, а бензол — диэлектрик (изолятор).

Что неполярное?

Неполярная молекула не имеет разделения зарядов, поэтому не образуются положительные или отрицательные полюсы. Другими словами, электрические заряды неполярных молекул равномерно распределены по молекуле. Неполярные молекулы имеют тенденцию хорошо растворяться в неполярных растворителях, которые часто являются органическими растворителями.

Что означает диэлектрик?

Диэлектрик, изолирующий материал или очень плохой проводник электрического тока. Когда диэлектрики помещены в электрическое поле, в них практически не протекает ток, потому что, в отличие от металлов, они не имеют слабосвязанных или свободных электронов, которые могут дрейфовать через материал.

Почему важно знать, полярная или неполярная молекула?

Значение. Полярность важна, потому что она определяет, является ли молекула гидрофильной (от греческого «водолюбие») или гидрофобной (от греческого «водобоязнь» или «водобоязнь»). Молекулы с высокой полярностью гидрофильны и хорошо смешиваются с другими полярными соединениями, такими как вода.

Вода полярная и неполярная?

Вода (H 2 O) полярна из-за изогнутой формы молекулы…. Причина, по которой форма молекулы не является линейной и неполярной (например, как CO 2 ), заключается в разнице в электроотрицательности между водородом и кислородом. Значение электроотрицательности водорода составляет 2,1, тогда как электроотрицательность кислорода составляет 3,5.

Что такое полярные и неполярные соединения?

Неполярная ковалентная связь — это ковалентная связь, в которой разница в электроотрицательности между связанными атомами меньше 0,5. Полярная ковалентная связь — это тип химической связи, при которой пара электронов неравномерно распределяется между двумя атомами из-за разницы в их электроотрицательности.

Что такое диэлектрические вещества?

Диэлектрический материал — это вещество, которое плохо проводит электричество, но эффективно поддерживает электростатическое поле. … На практике большинство диэлектрических материалов твердые. Примеры включают фарфор (керамику), слюду, стекло, пластмассы и оксиды различных металлов.

Что такое полярный материал?

2.2 Полярные материалы. Полярный материал обладает постоянным дипольным моментом, связанным с его молекулой. Если материал содержит полярные молекулы, эти полярные молекулы обычно имеют случайную ориентацию без внешних электрических полей…. Эти материалы называются пироэлектрическими материалами.

Что подразумевается под полярностью?

1: качество или состояние, присущее телу, которое проявляет противоположные свойства или силы в противоположных частях или направлениях или которое проявляет противоположные свойства или силы в противоположных частях или направлениях: состояние наличия полюсов.

Что подразумевается под диэлектрической проницаемостью, приведите какой-нибудь пример? — Restaurantnorman.com

Что подразумевается под диэлектрической проницаемостью, приведу какой-нибудь пример?

Диэлектрическая проницаемость — это отношение диэлектрической проницаемости вещества к диэлектрической проницаемости свободного пространства.Например, сухой воздух имеет низкую диэлектрическую проницаемость, но он является отличным диэлектрическим материалом для конденсаторов, используемых в мощных радиочастотных (РЧ) передатчиках.

Что вы называете константой пропорциональности диэлектрического материала?

Они обнаружили, что они пропорциональны друг другу в большом диапазоне изменений электрического поля E. Такой материал называется линейным материалом. эпсилон называется непропорциональностью.

Что такое диэлектрическая проницаемость и что она определяет?

Диэлектрическая проницаемость материала определяет количество энергии, которое конденсатор может хранить при приложении напряжения.Диэлектрический материал становится поляризованным при воздействии электрического поля. Когда возникает поляризация, эффективное электрическое поле уменьшается.

Почему в электроэрозионных станках используется диэлектрик?

Диэлектрик является важным параметром в электроэрозионной обработке и играет решающую роль в определении высокой скорости съема материала (MRR) и качества поверхности во время работы. Жидкий диэлектрик ведет себя как среда, которая контролирует электрический разряд и поглощает тепло во время процесса.

Какой материал имеет самую высокую диэлектрическую прочность?

идеальный вакуум

Что такое диэлектрическая прочность на воздухе?

Воздух — очень плохой проводник электричества и имеет высокую диэлектрическую прочность.Электрическая прочность воздуха составляет около 3000 В / мм.

Что из перечисленного является полярным диэлектриком?

HCl, Nh4 и h3O все являются полярными диэлектриками из-за их высокой диэлектрической проницаемости, образующейся из-за разницы в полярности.

Что из перечисленного является неполярным диэлектриком?

И вода, и бензол — неполярные молекулы. Но вода — проводник электричества, а бензол — диэлектрик (изолятор).

Что такое неполярный диэлектрик?

Неполярные диэлектрики: Неполярные диэлектрики — это материалы, не обладающие собственным дипольным моментом.Таким образом, положительный и отрицательный заряды не разделены небольшим расстоянием в отсутствие электрического поля. Бензол и метан — хорошие примеры неполярных диэлектриков.

Является ли нейлон полярным диэлектриком?

Примерами полярных пластиков являются ПММА, ПВХ, ПА (нейлон), ПК, и эти материалы, как правило, лишь умеренно хороши в качестве изоляторов. Примерами неполярных пластиков являются PTFE (и многие другие фторполимеры), PE, PP и PS, и эти материалы, как правило, имеют высокое удельное сопротивление и низкие диэлектрические постоянные.

N и O полярны или неполярны? — Easierwithpractice.com

N и O полярны или неполярны?

Связи между углеродом и другими элементами, такими как кислород и азот, полярны. Полярность связи зависит от электроотрицательности связанных атомов. Большая разница в электроотрицательности связанных атомов увеличивает полярность связей.

Нет 2 полярных или неполярных?

Ответ: NO2 — полярная молекула из-за наличия неподеленной пары электронов, электрон-электронное отталкивание которых приводит к изогнутой структуре.Это неравномерно распределяет заряд внутри молекулы и тем самым создает постоянный диполь.

№ 3 полярный или неполярный?

Нитрат (NO3) является неполярной молекулой из-за наличия отрицательного формального заряда на всей молекуле.

Что делает полярную связь?

Что такое полярные облигации? Связи полярны, когда один элемент в соединении более электроотрицателен, чем другой. Это создает диполь в молекуле, где один конец молекулы частично положительный, а один конец частично отрицательный.

Что полярное, а что неполярное?

Когда вещи разные на обоих концах, мы называем их полярными. У некоторых молекул тоже есть положительные и отрицательные концы, и когда они есть, мы называем их полярными. Если нет, мы называем их неполярными. Полярные предметы могут притягиваться и отталкиваться (противоположные заряды притягиваются, одинаковые заряды отталкиваются).

Что такое полярное и неполярное соединение?

Полярная ковалентная связь — это тип ковалентной связи, образованной между двумя неидентичными атомами.Неполярная ковалентная связь — это ковалентная связь, в которой разница в электроотрицательности между связанными атомами составляет менее 0,5.

В чем разница между полярными и неполярными диэлектриками?

Диэлектрики бывают двух типов: полярные и неполярные диэлектрики. Теперь мы различаем их. Основное различие между ними — форма…. Полный ответ:

Полярные диэлектрики Диэлектрики неполярные
Форма этих диэлектриков асимметрична. Форма диэлектриков симметричная.

Кислород неполярный диэлектрик?

1). Другими словами, полярные молекулы обладают постоянными электрическими дипольными моментами, а неполярные — нет. Например, молекула воды полярна, а молекула кислорода неполярна. Давайте сначала рассмотрим диэлектрик, состоящий из полярных молекул.

Что такое неполярные молекулы?

Неполярная молекула не имеет разделения зарядов, поэтому не образуются положительные или отрицательные полюсы.Другими словами, электрические заряды неполярных молекул равномерно распределены по молекуле. Полярные молекулы обычно хорошо растворяются в воде и других полярных растворителях.

Что подразумевается под диэлектрической проницаемостью?

Диэлектрическая проницаемость (ϵr) определяется как отношение электрической проницаемости материала к электрической проницаемости свободного пространства (т. Е. Вакуума), и ее значение может быть получено из упрощенной модели конденсатора.

Что означает диэлектрик?

Диэлектрик, изоляционный материал или очень плохой проводник электрического тока.Когда диэлектрики помещены в электрическое поле, в них практически не протекает ток, потому что, в отличие от металлов, они не имеют слабосвязанных или свободных электронов, которые могут дрейфовать через материал.

Какое значение имеет наибольшее значение диэлектрической проницаемости?

Титанат кальция и меди

Что происходит при увеличении диэлектрической проницаемости?

По мере увеличения диэлектрической проницаемости увеличивается плотность электрического потока, если все остальные факторы остаются неизменными. Как правило, вещества с высокой диэлектрической проницаемостью легче разрушаются под воздействием сильных электрических полей, чем материалы с низкой диэлектрической проницаемостью.

Можно ли различить диэлектрические свойства на низких и высоких частотах?

Диэлектрическая проницаемость (ε ′) быстро уменьшалась с увеличением частоты. Это уменьшение связано с уменьшением эффекта поляризации пространственного заряда. Однако на низкой частоте диэлектрическая проницаемость была высокой.

Почему диэлектрическая проницаемость воды такая высокая?

Вода имеет высокую диэлектрическую проницаемость из-за сильных связей между водородом и кислородом, а также водородных связей между молекулами воды.Чистая вода подвергается самоионизации и поддерживает равновесную концентрацию ионов гидроксония и гидроксида.

Почему диэлектрическая проницаемость уменьшается с температурой?

Однако из-за теплового расширения отношение количества молекул к эффективной длине диэлектрика уменьшается при повышении температуры. С повышением температуры ориентация диполей облегчается, что увеличивает диэлектрическую проницаемость.

Что такое сегнетоэлектрический эффект?

Сегнетоэлектричество, свойство некоторых непроводящих кристаллов или диэлектриков, которые проявляют спонтанную электрическую поляризацию (разделение центра положительного и отрицательного электрического заряда, что делает одну сторону кристалла положительной, а противоположную — отрицательной), направление которой можно изменить на противоположное. применение…

Что происходит с диэлектрической проницаемостью, когда фактическая диэлектрическая проницаемость уменьшается?

Пояснение: Относительная диэлектрическая проницаемость — это отношение фактической диэлектрической проницаемости к абсолютной диэлектрической проницаемости.Относительная диэлектрическая проницаемость прямо пропорциональна фактической диэлектрической проницаемости. Следовательно, когда фактическая диэлектрическая проницаемость уменьшается, относительная диэлектрическая проницаемость также уменьшается.

Почему важна диэлектрическая проницаемость?

Диэлектрический материал используется для разделения проводящих пластин конденсатора. Этот изоляционный материал в значительной степени определяет свойства компонента. Диэлектрическая постоянная материала определяет количество энергии, которое конденсатор может хранить при приложении напряжения.

Для чего нужен диэлектрик?

Диэлектрики в конденсаторах служат трем целям: предотвращать соприкосновение проводящих пластин, обеспечивая меньшее расстояние между пластинами и, следовательно, более высокие емкости; увеличить эффективную емкость за счет уменьшения напряженности электрического поля, что означает получение такого же заряда при более низком напряжении; и.

Что такое хороший диэлектрик?

Диэлектрические материалы — это, по сути, изоляторы, что означает, что ток не будет течь через материал при приложении напряжения. Все диэлектрические материалы являются изоляторами, но хороший диэлектрик — это тот, который легко поляризуется.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *