§15.3. Полярные диэлектрики

В противовес неполярным, молекулы полярных диэлектриков обладают дипольным моментом в отсутствие приложенного электрического поля и могут рассматриваться как жёсткие структуры, чья деформация под действием внешних факторов пренебрежимо мала по сравнению с исходными размерами. Подстройка таких диполей под прилагаемое поле происходит ориентационным способом.

Рис.15.2

Из рисунка видно 15.2, что если молекулярный дипольный момент ориентирован по отношению к прилагаемому полю под углом (), то на него действует вращающий момент сил, направленный науменьшение угла. Суммарная сила, приложенная к диполю, равна 0. Следовательно, под действием поля происходит вращение дипольного момента вокруг неподвижного центра масс молекулы.

Угол  на рисунке образован вращением по часовой стрелке, следовательно, по правилу правого винта его направление положительно по оси z. Направление вращающего момента отрицательно. Проекция вращающего момента на ось z:

.

Расстояния l₊ и l_- от центра масс молекулы до точек приложения сил в сумме, очевидно, дадут плечо диполяl. Следовательно,

Из механики вращательного движения Вам известно, что элементарная работа момента сил на повороте d вокруг оси z:

.

С другой стороны, энергия ориентации является потенциальной, значит,

.

Выбор начала отсчёта потенциальной энергии произволен. Для простоты выражения выбирают . Тогда

.

Если =0, то М=0 и диполь имеет устойчиво равновесную ориентацию. Это соответствует минимальной потенциальной энергии диполя в электрическом поле. Очевидно, что при = потенциальная энергия диполя максимальна (неустойчивая равновесная конфигурация).

Рис.15.3