Chương 10 VẬT DẪN VÀ ĐIỆN MÔI
3. Giải thích hiện tƣợng phân cực điện môi
Trong phần này ta chỉ giới h n nghiên cứu iện môi ồng chất v ẳng h ớng.
Khi ặt iện môi trong iện tr ờng ngoài, trên các mặt giới h n của chất iện môi có xuất hiện iện tích. Ta hãy giải thích hiện t ợng này.
pe pe
E pe
E Pe 0
E
Pe
Pe
Pe
315
3.1. Trường hợp điện môi cấu tạo bởi các phân tử phân cực Xét một khối iện môi chứa một số rất lớn các phân tử.
Khi h ặt iện môi trong iện tr ờng ngoài, do chuy n ộng nhiệt l ỡng cực phân tử trong khối iện môi sắp x p hoàn toàn hỗn lo n theo mọi ph ng; iện tích trái dấu củ l ỡng cực phân tử trung hòa nhau, tổng mô men iện củ l ỡng cực phân tử bằng không: toàn bộ khối iện môi h t h iện.
Khi ặt khối iện môi trong iện tr ờng ngoài , l ỡng cực phân tử trong iện môi ó xu h ớng quay s o ho mô men iện củ húng h ớng theo iện tr ờng ngoài. Tuy nhiên, do chuy n ộng nhiệt, h ớng củ mô men iện không th nằm song song với ợc, mà vẫn bị lệ h i h i ph so với ph ng ủ iện tr ờng ngoài.
Nh vậy d ới tác dụng ồng thời củ iện tr ờng ngoài và chuy n ộng nhiệt, các mô men iện của các phân tử ợc sắp x p có thứ tự h n theo h ớng củ iện tr ờng ngoài . Điện tr ờng ngoài càng m nh, chuy n ộng nhiệt của các phân tử càng y u (tức là nhiệt ộ khối iện môi càng thấp), thì sự ịnh h ớng theo iện tr ờng ngoài c ủa các mô men càng rõ rệt. Khi ó, trong lòng khối iện môi, iện tích trái dấu của các l ỡng cực phân tử vẫn trung hòa nhau: trong lòng khối iện môi không xuất hiện iện tích. Còn ở trên các mặt giới h n ối diện có xuất hiện iện tích trái dấu (hình 10.19), ở mặt giới h n m ờng sứ iện tr ờng i v o xuất hiện iện tích âm, ở mặt giới h n m ờng sứ iện tr ờng i r xuất hiện iện t h d ng. C iện tích này chính là tập hợp iện tích của các l ỡng cực phân tử trên các mặt giới h n. Vì vậy chúng không phải l iện t h “tự do” m gọi l iện t h “li n k t”.
E0
E0
Pe
E0
Hình 10.19: Sự phân cực điện môi
316
Quá trình phân c ực vừa mô tả tr n y do sự ịnh h ớng củ l ỡng cực phân tử quy t ịnh n n òn ợc gọi là sự phân cực định hướng
3.2. Trường hợp điện môi cấu tạo bởi các phân tử không phân cực
Khi h ặt iện môi trong iện tr ờng, mỗi phân tử iện môi h phải là một l ỡng cực (vì trọng tâm củ iện t h d ng v m trùng nh u): iện môi trung hò iện.
Khi ặt iện môi trong iện tr ờng ngo i, d ới tác dụng củ iện tr ờng, các phân tử iện môi u trở th nh l ỡng cự iện ó mô men iện (khác với phân tử cô lập, phân tử trong khối iện môi trở th nh l ỡng cự iện là do sự bi n d ng của lớp vỏ electron của phân tử - nghĩa là do sự dịch chuy n trọng t m iện tích âm).
Trong i u kiện iện tr ờng và mật ộ chất iện môi không lớn lắm, công thức t nh mô men iện của phân tử cô lập (10.30) vẫn áp dụng ợc cho các phân tử trong khối iện môi, song ở y phải lấy l iện tr ờng tổng hợp trong iện môi. Nh vậy d ới tác dụng củ iện tr ờng, mô men iện của các phân tử iện môi u h ớng theo iện tr ờng. Khi ó t ó k t quả t ng tự trong mục 3.1):
Trên các mặt giới h n của khối iện môi xuất hiện iện tích liên k t trái dấu nhau. Chuy n ộng nhiệt không ảnh h ởng gì n sự bi n d ng của lớp vỏ electron (tức sự dịch chuy n của các trọng t m iện tích). Sự phân cự iện môi ở y ợc gọi là sự phân cực electron.
3.3. Trường hợp điện môi tinh thể
Đối với iện môi tinh th có m ng tinh th ion lập ph ng (nh N Cl, CsCl…), t có th coi toàn bộ tinh th nh một “ph n tử khổng lồ”: m ng ion d ng v ion m lồng vào nhau.
ới tác dụng củ iện tr ờng ngoài, các m ng ion d ng dịch chuy n theo chi u iện tr ờng còn các m ng ion m ng ợc chi u iện tr ờng và gây ra hiện t ợng phân cự iện môi. D ng phân cực này gọi là phân cực ion.
Đối với ba lo i iện môi ã n u tr n y, dễ dàng thấy rằng khi ã ắt bỏ iện tr ờng ngoài ( ), hiện t ợng phân cự iện môi ng mất theo ngay (trừ tr ờng hợp iện môi sécnhét sẽ ợc trình bày trong bài §10.7).
0 Pe
E
0 0 E
317