7 – ma’ruza. Elektrostatik maydondagi dielektriklar va o‘tkazgichlar

7 – ma’ruza. Elektrostatik maydondagi dielektriklar va o‘tkazgichlar. Dielektriklarning turlari. Dielektriklarning qutblanishi. Elektr siljish vektori. Dielektrik singdiruvchanlik. Muhitdagi elektr maydon uchun Gauss teoremasi. P’ezoelektriklar, segnetoelektriklar va ularning texnikada qo‘llanilishi. Elektr maydonga kiritilgan o‘tkazgichdagi zaryadlarning taqsimlanishi. Elektrostatik induksiya qonuni.
Reja:
1. Dielektriklarning turlari. Qutblanish zaryadlari. Dielektriklarning qutblanishi.
2. Qutblanish vektori. Dielektrik qabul qiluvchanlik va uning temperaturaga bog’liqligi.
3. Bog’langan zaryadlar.
4. Dielektrikdagi elektr maydoni. Elektr induktsiya vektori. Gauss teoremasi.
5. Segnetoelektriklar.

1. Dielektriklar va ularning qutblanishi

O’zidan tok o’tkazmaydigan jismlarni dielektriklar (izolyatorlar) deb ataladi. Ideal izolyatorlar tabiatda mavjud emas, lekin bu jismlar o’tkazgichlarga qaraganda 10¹⁵-10²⁰ marta kam tok o’tkazadi.


Agar dielektrikni elektr maydoniga olib kirsak, maydon ham, dielektrik ham o’zgaradi. Bunday holni tushinish uchun atom va molekulalar tarkibida musbat zaryadlangan yadro va manfiy zaryadlangan elektron borligini etiborga olishimiz kerak.
Har qanday molekula, natijaviy zaryadi nolga teng bo’lgan sistemadan iborat. Bunga elektr dipol misol bo’la oladi.
Elektr maydoni atom va molekulalardagi bog’langan zaryadlarga ham ma’lum darajada ta’sir ko’rsatadi. Bu holni dipol misolida ko’raylik. Agar elektr maydoni bir jinsli bo’lsa, zaryadlarga ta’sir qiluvchi kuchlar
(18.1)
son jihatidan o’zaro teng bo’lib, dipolga
M=F cos=qE cos=rEcos (18.2)
juft kuch momenti ta’sir etadi. Agar maydon bir jinsli bo’lmasa, dan tashqari dipolga ₊ + _- = kuch ta’sir etib, bu kuch dipolni kuchlanganlik yo’nalgan tomonga qarab harakatga keltiradi. Kuch momenti esa dipol momenti r ni tashqi maydon kuchlanganligi Ening yo’nalishi bo’ylab joylashtiradi.
Dielektriklarni tashkil qilgan molekulalarni elektr dipoliga qiyoslash mumkin. Dipolning musbat zaryadi, yadro zaryadlarining yig’inisiga teng bo’lib, u musbat zaryadlar markaziga joylashgan, manfiy zaryadi elektronlar zaryadining yig’indisiga teng bo’lib, u manfiy zaryadlar markaziga joylashgan. Agar musbat zaryadlarning markazi manfiy zaryadlar markazi bilan ustma-ust tushsa, molekulani qutbsiz, aksincha bo’lsa, bunday molekulani qutbli molekula deyiladi. Qutbsiz molekulalarga N₂, O₂, N₂ (simmetrik), qutbli molekulalarga SO, NH₃, H₂O, SO₂ (simmetrik bo’lmagan) lar misol bo’la oladi.
Tashqi elektr maydoni ta’sirida qutbsiz molekula zaryadlari bir-biriga nisbatan siljiydi; musbat zaryadlar maydon yo’nalishida, manfiy zaryadlar esa qarama-qarshi yo’nalishda siljiydi. Natijada, molekula r dipol momentiga ega bo’ladi, aksincha r = 0 (ya’ni  = 0). Demak, maydon ta’sirida molekula qutblanadi. Bu qutblanish elektron orbitalarining yadroga nisbatan siljishi natijasida sodir bo’layotganligi uchun deformatsion qutblanish (elektron qutblanish) va bunday molekulani esa elastik dipol deb ataladi.
Qutbli molekulalardan iborat bo’lgan dielektriklar elektr maydoni ta’siriga uchramaguncha, ular molekulalarining dipol momentlari tartibsiz yo’nalgan bo’laganligi tufayli, natijaviy dipol moment vektori r_i = 0 nolga teng bo’ladi. SHuning uchun = 0 bo’lsa, dielektrik ichida xususiy elektr maydoni bo’lmaydi. Bu dielektrik, elektr maydonga joylashtirilsa, uning molekulalari maydon yo’nalishida buriladi va ularning r dipol momentlari maydon bo’ylab joylashadi. r ning qiymati ga bog’liq emas, shuning uchun qutbli molekulalarni noelastik dipol deb yuritiladi. Bunday qutblanish orientatsion qutblanish yoki dipol qutblanish deyiladi va u temperaturaga teskari proportsional ravishda kamayadi. chunki temperatura ortishi bilan dipollarning xaotik harakati kuchayib, tartib buziladi.
Uchinchi gurux dielektriklarga NaCl, KCl, Kbr, ... kristallari kiradi. Ularning molekulalari ion tuzilishiga ega. Tashqi elektr maydon bunday dielektriklarda musbat ionlarni maydon yo’nalishida, manfiy ionlarni esa maydonga teskari yo’nalishda siljitadi. Bunday qutblanishni ionli qutblanish deyiladi.