توزیع های بار مقید در دی الکتریک ها

دی الکتریک ها

دی الکتریک های ایده ال دارای بارهای آزاد نیستند. هنگامی که یک جسم دی الکتریک در یک میدان الکتریکی خارجی قرار می گیرد، بار های آزاد القائی که در هادی ها به سوی سطح حرکت کرده و چگالی بار و میدان الکتریکی داخلی را صفر می کردند، وجود ندارند. اما چون دی الکتریک ها شامل بار مقید هستند نمی توانیم نتیجه بگیریم که تاثیری بر میدان الکتریکی قرار گرفته در آن ندارند.

همه محیط های مادی از اتم هایی با هسته بار مثبت و در پیرامون آن الکترون هائی با بار منفی، تشکیل شده اند. اگرچه مولکول های دی الکتریک ها از نظر ماکروسکوپی خنثی هستند. حضور میدان الکتریکی خارجی باعث اعمال نیروئی بر هر ذره بار شده، و در نتیجه بارهای مثبت و منفی در جهات مخالف کمی جابجا می شوند. این جابجایی اگر چه نسبت به ابعاد اتمی کوچک است با وجود این ماده دی الکتریک را قطبی می کند و تولید دو قطبی های الکتریکی می نماید. از آنجائیکه دو قطبی های الکتریکی دارای پتانسیل و شدت میدان الکتریکی غیرصفر هستند انتظار داریم که دو قطبی های الکتریکی القا شده میدان الکتریکی را در داخل و خارج ماده دی الکتریک تغییر دهند.

مولکول های بعضی از دی الکتریک ها، حتی در غیاب یک میدان قطبی کننده خارجی دارای گشتاور دو قطبی دائمی هستند. این مولکول ها معمولا از دو یا چند اتم غیر همسان تشکیل شده و بر عکس مولکول های غیر قطبی که گشتاور دو قطبی دائمی ندارند، مولکول  قطبی نامیده می شوند. یک مثال، آب است که از دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن تشکیل می شود. اتم ها خود را آن چنان مرتب نمی کند که مولکولی با گشتاور دو قطبی صفر بوجود بیاورند یعنی اتم های هیدروژن ، دقیقا در طرف های متقابل قطری اتم های اکسیژن قرار نمی گیرند. گشتاور های دو قطبی ملکول های قطبی از مرتبه   (C.m)   ^۳۰- ۱۰  هستند. هنگامی که میدان خارجی وجود ندارد تک تک دو قطبی های یک دی الکتریک قطبی، به صورت اتفاقی پراکنده اند و گشتاور دو قطبی خالص از دیدگاه ماکروسکوپی بوجود نمی آورند. میدان الکتریکی اعمال شده، بر تک تک دو قطبی ها گشتاوری وارد نموده، می خواهد آنها را مشابه حالت بالا همراستا با میدان نماید.

بعضی مواد دی الکتریک، حتی در غیاب نیروی الکتریکی اعمال شده خارجی می توانند گشتاور دوقطبی دائمی را به نمایش بگذارند. چنین موادی را الکتریت گویند. الکتریت ها را می توان با گرم کردن (نرم کردن) بعضی مومها ، پلاستیک ها و قرار دادن آنها در یک میدان الکتریکی ساخت. مولکول های قطبی شده در این مواد، همراستا با نیروی اعمال شده قرار می گیرند و پس از برگشتن به دمای معمولی خود، در این وضعیتهای جدید منجمد می شوند. قطبی شدگی های  دائم بدون حضور نیروی خارجی پابرجا می مانند. الکتریت ها معادل مغناطیس های دائم هستند، این مواد کابرد مهمی در میکروفن های الکتریتی با هماندهی بالا پیدا کرده اند.

توضیح مختصر فیلم

در این فیلم آموزشی بردار قطبش یا پلاریزاسیون و توزیع های بار مقید در دی الکتریک ها شرح داده می شود. بردار قطبش در واقع چگالی گشتاورهای دوقطبی القایی است.

[۱] D. J. Griffiths, introduction to electrodynamics

[۲] Cheng, David Keun. Field and wave electromagnetics. Vol. 2. New York: Addison-wesley, 1989.

دانلود جزوه

دانلود ویدئو

(۲۸۶۵)