Дипольная упругая поляризация

В полярных диэлектриках молекулы обладают собственным дипольным моментом при Е=0! Под действием внешнего поля эти диполи стремятся устанавливаться по полю. При изменении ориентации диполей во внешнем поле могут возникать упругие возвращающие силы. Очевидно, что это будет наблюдаться в том случае, когда диполи жестко связаны, т. е. упругая дипольная поляризация имеет место в твердых полярных диэлектриках.

Простейшей полярной молекулой является молекула соляной кислоты. Эти молекулы, находясь в газообразном или жидком состоянии, могут принимать участие в установлении так называемой тепловой поляризации. При соляная кислота находится в кристаллическом состоянии и ее диполи образуют упорядоченную структуру. Упорядочение возникает из-за наличия внутреннего электрического поля. Во внешнем поле имеет место упругое отклонение дипольных моментов от равновесной ориентации.

Рассмотрим простую модель, позволяющую рассчитать поляризуемость дипольной упругой поляризации (рисунок 3.). Пусть диполь с моментом, ориентированный внутренним полем под действием внешнего поля Е, направленного под углом и, отклоняется на малый угол. При отклонении диполя возникает возвращающая сила. Предположим, что. Найдем поляризуемость, считая, что изменение электрического момента системы во внешнем поле пропорционально его напряженности.

. (21).

Рисунок 3. — Упругий поворот диполя во внешнем поле .

Поворот диполя ведет к изменению проекции дипольного момента на направление поля.

. (22).

Перепишем (22) в виде.

. (23).

Т.к. — малый угол, то можно пренебречь по сравнению с величиной, тогда получим.

. (24).

В состоянии равновесия вращающий и возвращающий моменты равны.

. (25).

Из (25) найдем. При можно считать, что, следовательно,.

(26).

и (27).

В качестве характеристики связи, обычно, используют не напряженность, а энергию диполя в поле.

. (28).

Подставим значение из (28) в (27) и получим значение проекции на ось х в виде.

. (29).

Таким образом, поляризуемость дипольной упругой поляризации.

. (30).

Из (30) следует, что зависит от направления электрического поля. Она максимальна при и, т. е. когда перпендикулярно и равна нулю, когда параллельно .

Таким образом, вклад этого вида поляризации может обусловливать анизотропию. Из (30) следует, что поляризуемость зависит от величины и энергии межмолекулярных связей .