Mühazirə №17 Dielektriklər

- -
Mühazirə № 17
Dielektriklər
Bütün maddələrdə olduğu kimi dielektriklər də atom və molekulalardan təşkil olunmuşdur.Molekulaların nüvələrinin ümumi müsbət yükü elekronların ümumi mənfi yükünə bərabər olduğu üçün. Molekula (atom) elektrik cəhəşdə neytral olur. Beləki, sin molekulanın nüvəsinin müsbət yüklərinin ümumi cəmini ilə, işərə və elektronların ümumi yükünü – ilə işarə etsək, onda bu yüklər sisteminə elektrik dipolu kimi baxmaq olar.
Bir qrup dielektriklərdə () müsbət və mənfi yüklərin “ağırlıq” mərkəzləri xarici elektrik sahəsi olmadıqda üst-üstə düşür, yəni belə maddələrin molekulalarının dipol momentləri sıfra bərabər olur. Molekulaların bu tipdan dielektriklər qeyri polyar adlanır olan. Xarici elektrik sahəsinin təsiri altında müsbət və mənfi yüklərin ağırlıq” mərkəzləri” xarici elektrik sahəsinin intensivliyindən asılı olaraq yerlərini dəyişdirirlər və nəticədə molekula özünü elektrik dipolu kimi aparır.Yaranmış elektrik dipolunun qolu (sürüşmə) xarici elektrik sahəsindən asılı olduğu üçün belə dipollar elastiki dipollar adlanır.Xarici elektrik sahəsi götürüldükdə molekulanın qeyri simmetrikliyi ani olaraq pozulur və molekula əvvəlki simmetrik vəziyyətinə qayıdır.
Qeyri polyar molekulanın elastiki dipol momenti
(1)
Ifadəsinə görə təyin olunur. Burada -molekulanın (atomun) radiusu, molekulanın polyarlaşma əmsalıdır. Polyarlaşma əmsalı ancaq molekulanın ölçüsündən asılıdır.
Bəzi maddələrdə (dielektriklərdə) atomların mənfi yüklərinin ağırlıq mərkəzləri nüvənin müsbət yükünün ağırlıq mərkəzi ilə eyni olmur. Belə molekulalar polyar molekula və dielektrik polyar dielektrik adlanır.
Polyar molekulanın dipol momenti xarici elektrik sahəsindən asılı olmur,(deformasiya çox kiçik olduğu üçün nəzərə alınmır), yəni onun dipol momenti sabitdir.Maddə daxilində istilik hərəkəti nəticəsində polyar molekulaların elektrik momentləri müxtəlif istiqamətlərdə yönəldiklərindən dielektrikin ümumi elektrik momenti sıfra bərabər olar, yəni dielektrik neytral olur.
Qeyd etmək lazımdır ki, polyar molekula xarici bircinsli elektrik sahəsində olarsa, ona əks istiqamətlərdə yönəlmiş cüt qüvvə təsir edir və molekula xarici sahə istiqamətində nizamlanır. Xarici elektrik sahəsi qeyri bircinsli olarsa, bu halda molekulanın elektrik momentinin xarici sahə istiqamətində nizamlanmasından əlavə molekula elektrik sahəsinin intensivlıiyinin artması istiqamətində öz yerini dəyişdirir.
Dielektriki xarici elektrik sahəsinə daxil etdikdə polyar və qeyri polyar molekulaların dipol momentləri xarici elektrik sahəsinin intensivliyi istiqamətində nizamlanmağa başlayır.Bu dielektrikin polyarizasiyası adlanır. Polyarlaşma nəticəsində yaranmış elektrik sahəsinin intensivliyi xarici elektrik sahəsinin intensivliyinin əksinə yönəldiyindən dielekrik daxilində ümumi sahə intnsivliyi azalır.
Dilelektrik molekulalarının quruluşundan asılı olaraq üç növ polyarizasiya müşahidə olunur:istiqamətlənmiş polyarizasiya, elektron polyarizasiyası və bərk dielektriklərdə müşahidə olunan ion polyarizasyası.
Dielektriklərin polyarlaşmasını xarakterizə etmək üçün polyarlaşma vektoru anlayışından istifadə olunur. Dielektriklərin vahid həcmində olan molekulların elektrik momentlərinin vektorial cəminə polyarlaşma vektoru deyilir.
(2)
Dielektrik bircinsli olarsa alarıq. (1) ifadəsindən istifadə etsək polyarlaşma vektoru üçün (bircins izotrop mühitdə)
(3)
Ifadəsi almış olarıq. Bu ifadə də işarə etsək
(4) olar.
Burada - dielektrik qavrayıcılığı adlanır.
Dileketrik daxilində elektrik sahəsinin intensivliyini təyin edək. Fərz edək ki, iki paralel müstəvinin yaratdığı bircinsli elektrik sahəsində dielektrik yerləşib (şəkil 1)
Xarici elektrik sahəsinin təsiri nəticəsində dielektrik polyarlaşır. Dielektrikin mənfi lövhəyə yaxın səthində müsbət yüklər toplanır. Bu yüklərə bağlı yüklər deyilir. Onların səth sıxlığı . Dielektrik əks səthində yükünün səthi sıxlığı olan bağlı yüklər yaranır. Xarici elektrik sahəsinin qüvvə xətlərinin bir hissəsi bağlı yüklər tərəfindən kompensasiya olunurlar. Deməli dielektrikin polyarlaşması dielektrik daxilində elektrik sahəsinin zəifləməsinə səbəb olur.
|
Şəkil 1
|
Bağlı yüklərin yaratdıqıarı elektrik sahəsi xarici elektrik sahəsinin əksinə yönəlir. Nəticədə dielektrik daxilində elektrik sahəsinin intensivliyi üçün aşağıdakı ifadəni almış olarıq
(5)
Bağlı yüklərin səth sıxlığını təyin edək. Dielektrik lövhəsinin tam elektrik momenti
Digər tərəfdən
Burada - dielektrik səthində olan müsbət bağlı yükün ümumi miqdarı, - isə dielektrikin qalınlığıdır. Bu axırıncı ifadələrdən
, yəni alarıq.
Onda və ya
işarə olunur. Burada - mühitin dielektrik sabiti adlanır. Dielektrik sabiti mühit daxilində elektrik sahəsinin vakuuma nəzərən neçə dəfə zəiflədiyini təyin edir.
Qeyd etdik ki, sahə intensivliyi mühitin dielektrik sabitindən asılıdır.Bircinsli izotrop mühit daxilində dəfə azalır. Elektrostatik sahələri xarakterizə etmək üçün ikinci vektorial kəmiyyət olan elektrostatik induksiya vektorundan istifadə olunur. Bu iki vektorial kəmiyyət arasında
(6)
İfadəsi ilə təyin olunan əlaqə vardir.Induksiya vektoru da elektrik sahəsinin qüvvə xətlərinə toxunan yönəlir. İndiksiya vektorunu xarakterizə edən qüvvə xətləri sərbəst və bağlı yüklərdə başlayıb, sərbəst yükdə də qurtarır. Sahənin bağlı yüklər yerləşən hissəsini induksiya xətləri kəsilmədən keçir. İxtiyari qapalı səthdən keçən induksiya vektorunun seli təyin olunurş
Onda dielektrik mühitdə Qaus teoremi aşaqıdakı şəkildə yazılır
(7)
Qapalı səthdən keçən yerdəyişmə vektorunun (induksiya vektoru) seli bu qapalı səth daxilində yerləşən elektrik yüklərinin cəbri cəminə bərabərdir.
Vakuumda , onda ,
Seqnetoelektriklər
Seqnetoelektrikləri adi dielektriklərdən fərqləndirən əsas xassə ondan ibarətdir ki, onlar müəyyən temperaur intervalında xarici elektrik sahəsi olmadıqda belə yüksək polyarlaşma qabiliyyətinə malikdirlər.Seqnetoelektriklərə seqnet düzünü və birləşməsini göstərmək olar.
Seqnetoelektriklərin daxilində güclü polyarlaşma qabiliyyətinə malik olan kiçik sahələr movcuddur ki, onlara domenlər deyilir. Domenlərin elektrik momentlərinin istiqaməti kristalın simmetriya quruluşu ilə bağlıdır.Xarici elektrik sahəsinin təsiri nəticəsində domenlərin sərhəddi dəyişir, elektrik momenləri xarici sahənin intensivliyi istiqamətinə yaxın olan domenlərin xətti ölçüləri artır, bundan əlavə domenlərin elektrik momentləri xarici sahə istiqamətində nizamlanmağa çalışırlar.Xarici elektrik sahəsinin intensivliyinin artması doyma polyarizasiyasına səbəb olur.Bu halda polyarizasiya vektoru , xarici elektrik sahəsinin intensivliyindən asılı olmayıb sabit qalır.
Seqnetoelektriklərdə dielektrik histerezisi müşahidə olunur.Şəkildən görünür ki, xarici elektrik sahəsinin intensivliyi sıfra yaxınlaşdıqda seqnetoelektrikdə qalıq polyarizasiya müşahidə olunur.().Qalıq polyarizasiyanın tamamilə yox olması üçün dielektrikə əks istiqamətdə yönəlmiş, intensivliyini tətbiq etmək lazımdır. Burada -koersativ qüvvə adlanır.
|
Şəkil 2
|
Seqnetoelektrikin polyarlaşmasının periodik olaraq dəyişməsi onun qızmasına səbəb olur. Bir period müddətində ayrılan istilik miqdarı histerezis ilməyinin (şəkil 2) sahəsi ilə mütənasibdir.
Hər bir seqnetoelektrik üçün müəyyən temperatur var ki, bu temperaturlardan yuxarı temperaturlarda seqnetoeletriklər özlərini adi polyar dielektrik kimi aparırılar. Bu temperaturaya Küri nöqtəsi deyilir.Bu temperaturda maddədə İİ-ci növ faza keçidi baş verir.
Azərbaycan Dövlət Neft Akademiyası Fizika kafedrası
Mühazirə № 17 Mühazirətçi-dosent: Akif Ağayev
|