DIELEKTRYKI

1. DIELEKTRYKI TADEUSZ HILCZER Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny)

2. Teorie polaryzacji dielektrcznej Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny)

3. E POLE WEWNĘTRZNE LORENTZA • We wnętrzu dielektryka w polu E jest kulista wnęka zawierająca rozpatrywaną drobinę • promień wnęki a jest: • mały w porównaniu z rozmiarami dielektryka • duży w porównaniu z odległościami międzydrobinowymi • na zewnątrz wnęki dielektryk jest ciągły o przenikalności elektrycznej e • wewnatrz wnęki uwzględnia się strukturę molekularną Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny)

4. _ _ _ _ _ _ + + + + + + + + + + + + + + + + _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ POLE WEWNĘTRZNE LORENTZA • całkowite pole działające na drobinę we wnęce: F1 E F2 F1 - pole wywołane przez pole E F3 F4 F2 - pole na okładkach kondensatora wywołane przez ładunek indukowany F3 - pole na powierzchni wnęki wywołane przez ładunek indukowany F4 - pole wywołane przez polaryzację molekuł we wnętrzu wnęki Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny)

5. POLE WEWNĘTRZNE LORENTZA _ _ _ _ _ _ + + + + + + + + + + + + + + + + _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ • Całkowite pole działające na drobinę we wnęce: F1 • F1 - pole wywołane przez pole E E F2 F3 • F2 - pole na okładkach kondensatora wywołane przez ładunek indukowany F4 • F3 - pole na powierzchni wnęki wywołane przez ładunek indukowany • F4 - pole wywołane przez polaryzację molekuł we wnętrzu wnęki Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny)

6. POLE WEWNĘTRZNE LORENTZA _ _ _ _ _ _ + + + + + + + + + + + + + + + + _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - do wyznaczenia pola F4 trzeba znać strukturę i rozkład przestrzenny molekuł we wnętrzu wnęki na ogół nie znany F1 E F2 F3 - w ciałach izotropowych i w kryształach układu kubicznego molekuły najbliższe rozważanej są rozłożone symetrycznie - działania się kompensują E4 = 0 F4 - pole wewnętrzne Lorentza (dla ciał izotropowych i kryształów kubicznych): Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny)

7. TEORIA POLARYZACJI CLAUSIUSA-MOSSOTTIEGO • Wyjaśnia polaryzację deformacyjną Pdefdielektryków niedipolowych • Dielektryk  substancja całkowicie nie przewodząca wypełnioną przewodzącymi kulkami • W polu E na przeciwległych stronach kulek indukcja ładunków przeciwnych znaków  polaryzacja dielektryka • Przewodzące kulki  molekuły dielektryka • Wzór Clausiusa-Mossottiego a - promień przewodzącej kulki, N - liczba kulek w jednostce objętości, adef = a3 - polaryzowalność oddzielnych molekuł Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny)

8. Rudolf Clausius – Ottaviano Mossotti Rudolf Clausius (1822-1888) Ottaviano Fabrizio Mossotti (1791-1863) Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny)

9. Teoria polaryzacji Debye’a - deformacyjna polaryzacja molowa dielektryków niedipolowych: - teoria Clausiusa-Mossottiego nie wyjaśnia istnienia grupy dielektryków dla których e(T) - współczynnik załamania światła n - deformacyjna część przenikalności elektrycznej e: - wzór Clausiusa-Mossottiego (postać klasyczna) Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny)

10. Teoria polaryzacji Debye’a F - pole wewnętrzne Lorentza Debye wykorzystał założenia teorii paramagnetyzmu Langevina: - w niektórych dielektrykach oprócz ładunków związanych siłami quasi-sprężystymi istnieją trwałe momenty dipolowe m - przyjął pole wewnętrzne F w postaci Lorentza - molekuła dipolowa w polu F ma moment elektryczny: - pole F wywołuje polaryzację deformacyjną i orientacyjną - błędne założenie - udowodnił Onsager Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny)

11. Teoria polaryzacji Debye’a - do obliczenia - rozkład Boltzmanna – (dielektryk jednorodny) - energii kinetycznej EK nie potrzeba uwzględniać (po scałkowaniu w liczniku i mianowniku są takie same wyrażenia) - energia potencjalna molekuły dipolowej w polu F: Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny)

12. Teoria polaryzacji Debye’a dla molekuł izotropowych Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny)

13. Teoria polaryzacji Debye’a X – energia w jednostkach kT średni cosq wyraża się przez funkcję Langevina L(X): Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny)

14. Teoria polaryzacji Debye’a rozwijając L(X) na szereg względem potęg X: - dla słabych pól F: - pierwszy wyraz szeregu L(X) - przybliżenie liniowe: F – pole Lorentza Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny)

15. Peter Debye Peter Josephus Wilhelmus Debye (Petrus Josephus Wilhelmus Debije) Ur.24 marca 1884 w Maastricht, Holandia Um. 2 listopada 1966, Ithaka, NY, U.S.A. - 1907 doktorat w Aachen, asystent Sommerfelda - 1911 docent w Monachium, współpraca z Einsteinem - 1912 profesor w Utrechcie, współpraca z P.Scherrerem - 1914 profesor w Göttingen - 1920 profesor w Zurichu, współpraca z Erichem Hückelem - 1927 profesor w Lipsku (Polare Molekulen) Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny)

16. Peter Debye - 1935 profesor w Berlinie - 1934 dyrektor Instytutu Fizyki Teoretycznej im. Cesarza Wilhelma w Berlin-Dahlem - 1940 opuszcza Niemcy i przez Włochy do USA - 1940-1952 profesor Cornell Univ.Ithaca - od 1952 profesor em. Cornell Univ. Ithaca 1912 – model ciała stałego (model Debye’a) 1916 – (z P.Scherrerem) metoda badania ciał polikrystalicznych (metoda Debye’a-Scherrera-Hulla) Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny)

17. Peter Debye 1923 – (z.E.Hückelem) teoria przewodnictwa elektrycznego elektrolitów 1923 – (niezależnie od A.H.Comptona) – teoria zjawiska Comptona 1926 – metoda uzyskiwania temperatur poniżej 0,7K z wykorzystaniem zjawiska magnetokalorymetrycznego 1936 – Nagroda Nobla (za prace dotyczące struktury molekularnej) Pomnik w Maastricht „DIPOL” Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny)

18. Teoria polaryzacji Onsagera Onsager przyjął model dielektryka, w którym molekuła dipolowa znajduje się w pustej kulistej wnęce - promień wnęki a określony przez warunek: N – liczba molekuł w jednostce objętości - moment m składa się z stałego własnego momentu mmolekuły i momentu indukowanego p (deformacyjnego) Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny)

19. Teoria polaryzacji Onsagera pole wewnętrzne F0ma dwie składowe pole wnęki G panujące we wnęce otoczonej ciągłym dielektrykiem znajdującym się w polu E pole reakcji R - wywołane przez polaryzację ośrodka, gdy rozpatrywana molekuła jest w pustej wnęce: Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny)

20. Teoria polaryzacji Onsagera całkowite pole wewnętrzne, działające na kulistą drobinę w spolaryzowanym dielektryku z równania Clausiusa-Mossottiego: a - promień drobiny (promień wnęki) Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny)

21. Teoria polaryzacji Onsagera wprowadzając oznaczenia: całkowite pole Onsagera: całkowity moment elektryczny molekuły Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny)

22. Teoria polaryzacji Onsagera średnia statystyczna wartość składowej momentu dipolowego drobiny w kierunku pola dla przybliżenia liniowego: Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny)

23. Teoria polaryzacji Onsagera postać podana przez Onaagera: jest to równanie kwadratowe na przenikalność elektryczną: Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny)

24. Teoria polaryzacji Onsagera wnioski dla gazów dipolowych  wzór Debye’a dla substancji niedipolowych  wzór Clausiusa-Mossottiego dla substancji niedipolowych pola wewnętrzne Lorentza i Onsagera prowadzą do podobnych wyników dla polaryzacji deformacyjnej istotną rolę ma całe pole wewnętrzne dla polaryzacji orientacyjnej istotną rolę ma tylko część pola wewnętrznego Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny)

25. Lars Onsager Lars Onsager Ur. 27 listopada 1903, Christiania koło Oslo Um. 5 października 1976, Coral Gables, Floryda, USA - 1933-1972 profesor Uniw. Yale - przewodnictwo elektrolitów - termodynamika dielektrycznych układów dipolowych 1931 – zasada Onsagera 1949 – statystyczna teoria ciekłych kryształów 1968 – Nagroda Nobla za odkrycie zależności o zasadniczym znaczeniu dla termodynamiki procesów odwracalnych Tadeusz Hilczer - Dielektryki (wykład monograficzny)