Энергия поворота диполей

Дипольная (ориентационная) поляризация имеет место в веществах с молекулами, обладающими постоянным ди-нольным моментом даже в отсутствие электрического поля полярные. молекулы) (рис. 2.2). Наложение электрического поля вызывает частичное ориентирование диполей, что является причиной поляризации. Поворот диполей в направление поля требует преодоления некоторого сопротивления, поэтому дипольная поляризация связана с потерями энергии на выделение тепла. Процесс установления поляризации этого вида имеет апериодический характер по времени, и, по аналогии с подобными свойствами напряжений и деформаций в механике, его называют релаксацией. Время релаксации определяется как постоянная апериодического процесса, т.е. продолжительность изменения поляризации в е раз после внезапного увеличения [c.415]

Дрейф электрических зарядов соответственно направлению электрического поля проявляется как проводимость, а локальные смещения зарядов и повороты диполей — как поляризация. Во всех случаях заряды и диполи частично передают накопленную в электрическом поле энергию молекулам жидкости, расходуя ее на диэлектрические потери. [c.531]

При изучении влияния на релаксационный процесс каких-либо дополнительных факторов, например введения в систему пластификатора, семейство кривых становится чрезвычайно многочисленным. Поэтому влияние различных факторов на релаксационный процесс гораздо удобнее изучать по зависимости времени релаксации от температуры, представляя экспериментальные данные по системам с разным содержанием наполнителя в координатах логарифм времени релаксации — обратная абсолютная температура (рис. 90). По такого рода зависимости можно судить о влиянии содержания пластификатора в системе на величину энергии активации поворота диполей. Характерно, что энергия активации остается неизменной [c.144]

Потенциальную энергию диполя при любой его ориентации, т. е. при любом значении угла ф (произвольно полагают, что положение диполя, соответствующее нулевому значению угла ф, представляет собой положение с нулевой энергией), можно рассчитать как работу, выполненную при повороте диполя от ф=0 до ф=ф, т. е. [c.125]

Например, считая вязкость бислоя т] [129] равной 30,0 Н-сек/м и приняв объем молекулы холестерина Vs яг =1 нм , получим время релаксации t 20 мкс. Угол поворота диполя а может быть оценен из соотношения, в котором потенциальная энергия диполей на единицу площади приравнивается к изменению потенциальной энергии бислоя за счет изменения емкости [c.279]

В диэлектрике поворот диполей и их колебание под действием внешнего электрического поля связаны с выделением тепла. Таким образом, энергия, затрачиваемая на поляризацию диэлектрика, генерируется в виде тепла. [c.316]

Энергия поворота для жесткого диполя Цо задается уравнением [c.61]

При низкой температуре ориентация молекул заторможена силами взаимодействия между ними (из-за большой вязкости среды), вследствие чего tgб имеет небольшие значения. С повышением температуры tgб растет,. так как с уменьшением вязкости среды облегчается поворот диполей и их ориентация, что связано с затратой энергии. Это происходит до достижения определенной температуры, так как при дальнейшем уменьшении вязкости снижается трение между молекулами, а следовательно, потери энергии. Чем выше температура, тем меньше вязкость, и tgб достигает минимума, при котором ориентация происходит практически без трения. При дальнейшем повышении, температуры возрастает ток проводимости [c.58]

В идеальном диэлектрике (конденсаторе), где угол сдвига фаз составляет 90°, нет потери энергии, потому что при заряде конденсатора-диэлектрика расходуется столько же энергии,, сколько возвращается в цепь при разрядке его вследствие изменения направления тока. Поэтому мощность, потребляемая таким диэлектриком, равна нулю. В реальном диэлектрике вследствие отставания ориентации от поля по фазе и наличия конечного периода релаксации диэлектрик не успевает полностью отдавать обратно в цепь энергию, приобретенную в первую половину периода тока. Благодаря тому, что на смещение зарядов (поворот диполей) нужно время, максимальная сила тока устанавливается несколько позже, чем в случае идеального диэлектрика, и ток опережает напряжение не на 90°, а на меньшую величину (см. рис. 132). Угол б, дополняющий фактический угол сдвига фаз ф до 90°, называется углом диэлектрических потерь. Экспериментально обычно определяют не величину самого угла, а тангенс его — tgЬ, представляющий собой отношение проекций /р на осях Е и /дд или точнее отношение коэффициента потерь (рассеянная в диэлектрике энергия, отнесенная [c.428]

При повороте магнитного диполя во внешнем магнитном поле его потенциальная энергия меняется. Из курса физики известно, что эта энергия равна [c.70]

В сильных полях (В/к7>1) кинетическая энергия движения недостаточна для полного поворота частицы и диполь совершает дважды вырожденные крутильные колебания относительно направления поля. [c.241]

Рис. 40. Потенциальная энергия диполя в функции угла поворота (сплошная кривая — в отсутствие электрического поля, пунктирная кривая — при наложении поля).

В присутствии поля необходимо от геометрической вероятности выраженной уравнением (61), перейти к вероятности физической-Из закона Больцмана следует, что для этого геометрическую вероятность надо умножить на где С/ — та часть потенциальной энергии диполя в данном поле, которая зависит от угла поворота оси диполя по отношению к иону. Считая поляризуемость молекулы воды в первом приближении изотропной, находим, что U определяется только энергией кулоновского взаимодействия ион — диполь. В результате вероятность того, что молекула образует с полем угол ф, будет равна 1/2 sin ф d f. [c.90]

Процесс ориентации диполей в результате вращения молекул требует энергии активации, достаточной для преодоления потенциального барьера, разделяющего равновесные положения поэтому число поворотов в секунду задается [37] кинетическим выражением [c.627]

Тепловая поляризация (ионная или дипольная) происходит вследствие движения слабо связанных ионов внутри диэлектрика в направлении внешнего поля или ориентации постоянных диполей в электрич. поле. Этот вид поляризации имеет релаксационный характер, т. к. устанавливается в процессе теплового движения частиц диэлектрика за счет энергии теплового движения. Тепловая дипольная поляризация характерна для полярных полимеров, молекулы к-рых содержат группы атомов с постоянным (перманентным) дипольным моментом. Скорость установления диполь-иой поляризации в полимерах определяется временем релаксации т, к-рое в среднем требуется диполю для поворота под действием внешнего поля. Значение т зависит от строения полимера и темп-ры (см- Диэлектрические свойства). [c.368]

Температура. На внутри- и межмолекулярные взаимодействия изменение температуры оказывает сравнительно небольшое влияние. Единственный вид взаимодействия, который зависит от температуры,— это диполь-дипольное, или ориентационное, взаимодействие (см. стр. 38). Поэтому изменение температуры практически не сказывается ни на величине потенциального барьера вращения [/о, ни на величине Д /. Но с повышением температуры возрастает кинетическая энергия молекулы, и появляется большая возможность преодоления потенциального барьера скорость поворотов звеньев и интенсивность их крутильных колебаний возрастают, увеличивается кинетическая гибкость. [c.72]

В принципе для каждого диполя имеется несколько видов колебаний, сказывающихся на энергии его взаимодействия с ионом (повороты в разных плоскостях, смещение центра тяжести). Величина наведенного момента также подвержена тепловым колебаниям, в частности, из-за анизотропии поляризуемости молекул поляризация какой-либо ковалентной связи зависит от угла между ней и направлением поля. Мы уже говорили выше, что наглядная картина колеблющихся диполей должна быть при более строгом анализе заменена рассмотрением набора эффективных осцилляторов. [c.88]

Носитель заряда, попадая в полимер, поляризует близлежащие диполи — полярные группы, и они ориентируются в направлении носителя. На поворот каждого диполя требуется очень небольшая энергия. Однако суммарная энергия на ориентацию всех диполей будет достаточно большой. [c.104]

Дипольно-релаксационная поляризация зависит от температуры и вязкости жидкости, а также частоты электрического поля. С повышением температуры происходит ослабление молекулярных сил, что способствует ориентации диполей в электрическом поле. В то же время увеличивается энергия хаотического движения молекул, что затрудняет ориентацию диполей и ослабляет поляризацию. Интенсивность динольно-релаксационной поляризации с увеличением температуры вначале возрастает, а затем, пройдя через максимум, уменьшается. С повышением вязкости жидкости поворот диполей в направлении поля затрудняется при очень больших частотах приложенного напряжения диполи не успевают ориентироваться в направлении поля и дипольно-релаксационная поляризация также уменьшается. [c.55]

Равные по величине и противоположные по знаку электрические заряды +е и —е расположены на расстоянии I друг от друга. Электрический момент диполя представляет собой вектор с модулем el. Проекция дипольного момента на вектор напряженности поля равна i i os(3 = е5. Энергия W диполя в электрическом поле равна произведению проекции дипольного момента на напряженность поля Е W = —еЬЕ = —eb< /h, где ф — разность электрических потенциалов на мембране, имеющей толщину h. Знак минус показывает, что устойчивым положением диполя является расположение его вектора по направлению электрического поля. Изменение энергии при повороте одиночного диполя в электрическом поле составляет AW = (еф//1)(5г - 5i) = -гф, где s — коэффициент s = е(5г - 5i)//i. [c.187]

Механизм диэлектрической релаксации в твердых телах одним из первых рассмотрел Дебай. Ои предположил, что молекулярные диполи, находящиеся в постоянном электрическом иоле, могут находиться в первом приближении в двух положениях параллельно или аитииарал-лельно полю. Если иоле отсутствует, то оба эти иоло-лсения эквивалентны и нм соответствуют одинаковые потенциальные энергии. На зависимости потенциальной энергии диполя от угла поворота имеется два одинаковых минимума, разделенных между собой максимумом (потенциальным барьером), высота которого относительно минимума и будет определять вероятность перехода диполя из одного положения в другое (поворот на 180°). При наложении электрического поля энергии диполей, расположенных по обе стороны потенциального барьера, изменяются. Диполи, параллельные полю, будут иметь меньшую потенциальную энергию (рис. 46), диполи, расположенные антипараллельно полю, будут иметь минимум потенциальной энергии, расположенный несколько выше. В этом случае вероятности переходов из положения 1 в положение 2 не будут совпадать. Диполи будут совершать колебания с частотой около своего положения равновесия и переход из одного положения в другое будет связан с возможностью их поворота. Из детального рассмотрения процесса перехода через потенциальный барьер следует, что время диэлектрической релаксации зависит от температуры в соответствии с уравнением типа (5.41). Этот вопрос был подробно изучен Фрёлихом [4—10]. [c.191]

Экстраполяцией при помош,и диаграмм Кола и Кола можно найти статическую диэлектрическую проницаемость системы цеолит — вода при разных степенях адсорбции. Полученный таким образом результат приведен на рис. 2. Как и при адсорбции на силикагеле, наблюдаемый изгиб диэлектрической изотермы может быть следствием прогрессируюш,его развития связей между адсорбированными молекулами воды, так как при этом будет уменьшаться вклад полярных молекул воды в общую поляризацию системы. В пользу этого предположения говорит и наблюдаемое уменьшение ширины распределения времен релаксации типа I молекул адсорбированной воды, увеличение энергии активации и возрастание энтропии активации. Это показывает, чтов более структурированной системе поворот одного диполя нарушает порядок среди большего числа соседей. [c.242]

Кривые потенциальной энергии для вращения молекулы воды вблизи иона Н3О+, рассчитанные на основе электростатических представлений [51, 91], показаны на рис. 26. При поступлении протона в данное положение в элементе структуры воды, через который до этого прошел протон, а переориентация не имела места, О — Н-связи будут ориентированы навстречу друг другу (1)-дефект Бьеррума). Как следует из энергетических соображений, ориентация, благоприятствующая переносу, будет возникать в результате а) отталкнвательного дипольного взаимодействия ОН — НО и б) влияния поля Н3О+ на неблагоприятно ориентированный диполь Н2О. Фактически при возникновении ситуации, когда связи О — Н направлены навстречу друг другу (см. рис. 19), процесс переориентации воды в этой конфигурации не требует суммарной энергии активации. Однако для создания такой неблагоприятной конфигурации связей О — Н необходима энергия активации, которая требуется для поворота молекулы Н2О в момент, предшествующий переносу протона. Можно ожидать, что две О — Н-связи обычно не будут достигать предельной конфигурации, показанной на рис. 19 или 20, б (например, для атомов Н Ь) и ( ) в (НгО) на рис. 20, б), при которой они направлены точно друг против друга такая конфигурация, по-видимому, возможна во льду. В воде из-за подвижности структуры будет возникать некоторое отклонение от такой энергетически неблагоприятной промежуточной конфигурации. Соответствующий этим представлениям процесс переноса протона является скорее строго взаимо- [c.128]

Время вращения диполя (с радиусом г) определяется всей совокупностью действующих на него сил, обусловленных полем иона Н3О+, компонентой диполя Н3О+ в направлении связи О — Н и внешним полем. Рис. 26 показывает изменение общей потенциальной энергии (а именно энергии ион-дипольного взаимодействия, Н-связи и диполь-дипольного взаимодействия) в зависимости от угла поворота 6, полученной суммированием компонент электростатической потенциальной энергии при различных угловых смещениях. При этом считается, что распределение центров зарядов в молекуле воды описывается моделью Попля. Взятый с обратным знаком градиент кривой общей потенциальной энергии (рис. 26) относительно переменного окружного расстояния. t, т. е. rQ, равен силе, вызывающей вращение. Для значений 0 от О до 68° суммарная сила, действующая на диполь, ускоряет вращение, причем при 0 = О—10° она приблизительно пропорциональна 0", а при 0 = 10—68° пропорциональна 6. Для значений 0 от 68 до 110° эта сила пропорциональна 0, а для значений от ПО до 120° пропорциональна 0 и в обоих случаях тормозит вращение. [c.130]

Во внешнем однородном поле (< =сопз1) на молекулу, обладающую дипольным моментом, с одной стороны, действует пара сил, которая стрехмится повернуть ось диполя в направлении поля, так как на равные по значению положительные и отрицательные заряды действуют одинаковые силы в противоположных направлениях (рис. 1П.1). С другой стороны, внешнее поле смещает заряды противоположных знаков, т. е. поле поляризует молекулу. Поэтому энергия молекулы в электрическом поле определяется двумя составляющими — работой поворота молекулы и работой поляризации. [c.61]