Реферат: Електричні властивості молекул. Поведінка речовини в зовнішньому електричному полі

Якщо одиниця об’єму містить N атомів (число Лошмідта), то можна ввести поняття поляризації речовини:

(2)

(добуток дипольного моменту окремої молекули на число молекул).

Підставимо у (2) замість μ_ε його значення, тоді

Р = NαE. (3)

Полярні молекули речовини мають нескомпенсовані електричні заряди, тому напруга поля в речовині не буде рівна напрузі зовнішнього поля.

Величина, на яку зміниться напруга поля під дією дипольних моментів молекул, може бути визначена діелектричною проникністю ε. Відомо, що якщо речовина знаходиться в зовнішньому електричному полі, то вона характеризується вектором електричної індукції :

, (4)

– діелектрична проникність, яка характеризує властивості речовини.

Існує цілий розділ фізики, головним завданням якої є знаходження аналітичного зв’язку між макроскопічною характеристикою речовини () і мікроскопічними характеристиками α і μ. Ці формули мають велике значення, тому що можна легко виміряти експериментально, а через неї визначити α і μ.

Вся трудність теорії полягає в тому, щоб визначити величину внутрішнього поля, для цього необхідно знати як розміщені молекули одна відносно другої і як вони взаємодіють між собою. Для визначення внутрішнього поля використовують різні моделі, тобто наперед задають розміщення молекул і їх взаємодію. Найпростіша модель – це модель Дебая і Лоренца, згідно якої молекули речовини знаходяться в стані хаосу і не взаємодіють між собою. В цьому випадку

Е¢ = Е + . (5)

Тоді в (3) підставимо Е¢ із (5) замість Е:

Р = Nα Е¢ = Nα(Е + ). (6)

З рівняння (4) маємо:

(2 рів.); εЕ – Е = 4πР;

Е(ε – 1) = 4πР, (7)

. (8)

Прирівнюємо Р із (6) і (8):

Nα(Е + ) = . (9)

У рівняння (9) підставляємо замість Р його значення із (8):

Nα = . (10)

Відкриваємо в (10) дужки:

NαЕ + = ; NαЕ + = ;

= ; = ;

= ; = ;

= . (11)

Формула (11) – це формула Клаузиуса-Масотті.

Електричні властивості молекул визначаються дипольним моментом та поляризуємістю. Безпосередньо ці величини визначити експериментально неможливо, тому рівняння Клаузиуса-Масотті дає зв’язок між мікрохарактеристиками (μ, α) молекул та макрохарактеристиками () речовини. Діелектричну проникність речовини можна визначити експериментально, а уже знаючи її, можна розрахувати α.