Диэлектрики, теория Дебая

В дальнейщем оговорки Дебая о неприменимости выведенных им соотношений при концентрациях, отличающихся от предельно разведенных, многими авторами вообще не были приняты во внимание. Неприменимость теории Дебая к неразведенным растворам полярных веществ в неполярных растворителях должна была бы стать очевидной уже после опубликования теории полярных диэлектриков Онзагера [18]. В теории Дебая реактивное поле молекул не принято во внимание. [c.127]

Даже такой крупный специалист в области молекулярной физики диэлектриков, как Смайс, в своей книге Диэлектрические свойства и структура , опубликованной в 1955 г. РЗ], излагает теорию Дебая так, как будто бы она применима во всем интервале концентраций. [c.127]

Другая попытка объяснения исходила из явления электрического гистерезиса — нагревания диэлектрика при переменной электризации. Благодаря большому техническому значению этого явления, оно было весьма тщательно исследовано, а аналогия его с магнитным гистерезисом привела к попыткам перенести объяснение магнитного гистерезиса на электрический, как это было сделано и по отношению к упругому гистерезису . И здесь, однако, как и в упругом гистерезисе, аналогия весьма поверхностная количество выделенной теплоты в противоположность магнитному гистерезису в высокой стеиени зависит от иериода циклической электризации. Поэтому объяснения, исходящие из представлений об остаточной электризации, не могут привести к цели. Теоретически не исключена возможность того, что при определенных условиях в диэлектрике проявится остаточная электризация, а следовательно, электрический гистерезис так, например, теория жидких диэлектриков П. Дебая заставляет ожидать этого явления при очень низкой температуре, если жидкость при этом не затвердеет конкретного осуществления эта возможность, однако, пока не получила. [c.77]

При определении дипольных моментов вещества по диэлектрической проницаемости его растворов возникают, однако, трудности с учетом эффекта сольватации. Этот эффект был обнаружен Мюллером в 1933 г., после чего было внесено множество поправок в уравнение Дебая и других авторов для расчета дипольных моментов, однако трудности не были преодолены и приходится останавливаться иногда на элементарном методе аналогий [25, с. 39—54]. С другой стороны, теория Дебая оказалась слишком большим упрощением и для полярных жидких диэлектриков. Поэтому были предложены другие теории, связывающие диэлектрическую проницаемость с дипольным моментом. Из них соотношения, предложенные Онзагером (1936) и особенно Кирквудом (1939), позволяют с хорошей точностью вычислять дипольные моменты жидких органических соединений. [c.214]

Теория Дебая, созданная для полярных жидкостей, дает результаты, которые качественно согласуются с наблюдаемым экспериментально диэлектрическим поведением полярных высокополимеров. Однако следует отметить некоторые значительные различия. Например, для характеристики поведения полимеров как диэлектриков часто бывает необходимо знать спектр времен релаксации, поскольку не всегда можно обойтись одним значением времени релаксации. С учетом распределения времен релаксации кривые е —f и е"—f будут более широкими, чем теоретические (см. рис. 75). [c.195]

Движение сегментов описывается диффузионным уравнением, которое получается из рассмотрения уравнения равновесия совместно с уравнением неразрывности. ]Диффузионное уравнение описывает распределение вероятностей положения сегментов. Для простейшего случая низкомолекулярного тела можно найти общее решение диффузионного уравнения. Примером такого решения является теория Дебая, описывающая поляризацию диэлектриков вследствие поворотов полярных молекул в электрическом поле. В этой теории ориентация молекулы по отношению к направлению [c.302]

В начале прошлого века Максвелл, создав теорию электромагнетизма, начал изучать диэлектрические свойства веществ, обусловленные их гетерогенностью. Примерно в то же время коллоидные дисперсии рассматривались как один из видов гетерогенных систем. Позднее Дебай предложил теорию полярных молекул, рассматривая их как частный случай диэлектриков. Такая трактовка вызвала большой интерес среди исследователей, в результате чего теория полярных молекул получила широкое применение и была распространена на область коллоидного состояния вещества. Это влияние можно проследить на примере исследований диэлектрических свойств макромолекулярных и протеиновых растворов, адсорбции молекул на порошках твердого вещества и т. д. По этому вопросу имеется значительное число работ как обзорного, так и оригинального характера. [c.313]

Формула (3.9.29) показьшает, что при а > 3 восприимчивость становится бесконечно большой, т. е. вещество поляризуется самопроизвольно (отсутствие внешнего поля). Такие вещества (сегнетоэлектрики) действительно существуют, хотя приведенное условие перехода в такое состояние не является достаточно корректным. Причина в том, что самопроизвольная поляризация возможна в веществе, молекулы которого обладают постоянным дипольным моментом, но в этом случае на любую молекулу кроме поля Лоренца действует более сильное поле ближайших соседей (локальное поле), наличие которого формула Клаузиуса — Мосотти не учитывает. Корректный расчет локальных полей требует учета структуры вещества (или дисперсной системы, если речь идет о ее поляризуемости) и дипольного взаимодействия соседних молекул (частиц). Сложность проблемы в том, что структура в свою очередь определяется взаимодействием молекул, так что возникает замкнутый круг двух взаимосвязанных задач, каждая из которых не может решаться отдельно от другой. Существует ряд теорий полярных диэлектриков, в которых постулируется наличие структуры того или иного вида. Разные теории отличаются способами описания структурно зависимой части поля, действующего на каждую молекулу [31]. Это теория локального по.тя Дебая, теория реактивного поля Онзагера, теория локального ноля Кирквуда. [c.651]

Выше уже говорилось о том, что при внесении диэлектрика в электрическое поле ориентация диполей происходит не мгновенно, а в течение некоторого времени. Если выключить электрическое поле, то вследствие теплового движения спустя некоторое время т поляризация диэлектрика уменьшится в е раз. Это явление получило название диэлектрической релаксации, а время т называется временем диэлектрической релаксации. Очевидно, что поляризуемость молекул диэлектрика а (а следовательно, параметры х и е), помещенного в периодически изменяющееся электрическое поле, должна зависеть от периода изменения этого поля 7 = 2я/0, времени релаксации т и соотношения между Т (или со) и т. Наиболее удачная теория диэлектрической релаксации была разработана Дебаем для полярных жидкостей. Он дал следующее выражение для поляризуемости, обусловленной ориентацией молекул [c.181]

Классическое описание неполярных диэлектриков дается уравнением Клаузиуса — Мосотти. Растворы полярных веществ в неполярных растворителях лучше описываются измененной формулой Дебая, в которой учитывается собственный дипольный момент молекулы. Следующий важный шаг был сделан Онзагером, который учел влияние диполя на окружающую среду. Наконец, Кирквуд дал более точную теорию эффектов ориентации соседних молекул (см. табл. 2). Нетрудно разграничить область применимости этих четырех формул. Уравнения Клаузиуса — Мосотти и Дебая [c.19]

Дебай, пользуясь статистической теорией ориентации, впервые разработанной Ланжевеном [15] для постоянных магнитных моментов парамагнитных тел, положил начало теории поведения полярных диэлектриков в электрическом поле. Рассмотрим кратко основные положения этой теории. При этом будем иметь в виду, что при упрощенных расчетах допускаются следующие приближения поле не оказывает возмущающего действия на величину дипольного момента fio молекулы, диполи могут занимать любое положение относительно направления приложенного поля и, наконец, энергия дипольного воздействия незначительна по сравнению с энергией теплового движения (т. е. плотность газа очень мала). [c.18]

Теорию диэлектрической константы разработал главным образом Дебай, положивший в основу ее представление о дипольном характере молекул диэлектрика (вещества, понижающего электростатическое взаимодействие). [c.153]

Теория диэлектриков Дебая. Только что отмеченные противоречия между теорией Клаузиуса-Мосотти и опытом устраняются теорией диэлектриков, которую дал Дебай (1912). Основное положение ее состоит в том, что диполи образуются не только раздвиганием зарядов в электрическом поле, но что многие. молекулы сами по себе, независимо от действия -поля, представляют собой готовые диполи со смещенными зарядами. Это предположение вполне согласуется с современной теорией строения материи. [c.194]

При изучении поляризации различных молекул в электрическом поле оказалось, что у некоторых молекул она значительно больше теоретической и к тому же зависит от температуры. Для объяснения этого факта в 1912 г. Дебай предложил новую теорию диэлектриков (непроводников), согласно которой молекулы некоторых веществ и вне поля обладают готовым диполем, момент которого и длина I лишь увеличиваются при попадании в электрическое поле. Такие молекулы называются полярными. [c.239]

Различный характер распределения электрического заряда в молекулах позволяет разделить их на два основных класса — полярные и неполярные. К полярным молекулам относятся молекулы, обладающие важной электрической характеристикой— дипольным моментом. В 1912 г. П. Дебай впервые ввел представление о диполь-ном моменте как о величине, определяющей разделение положительных и отрицательных зарядов в молекуле. Им создана теория поляризации диэлектриков в электрическом поле и разработаны экспериментальные методы измерения дипольных моментов молекул в газовой фазе и в растворе. До сих пор эти методы являются основными для определения дипольных моментов. Однако методы Дебая имеют некоторые ограничения, так как не позволяют изучать труднолетучие соединения, например соли и оксиды металлов, или неустойчивые соединения. [c.58]

П. Дебай использовал статистическую теорию ориентации, которую разработал П, Ланжевен для постоянных магнитных моментов парамагнитных тел, и создал теорию полярных диэлектриков. [c.62]

Полученное Максвеллом соотношение между диэлектрической проницаемостью, поляризацией диэлектрика Р и напряженностью приложенного поля Е послужило основой для развития теории поляризации диэлектриков [1]. Фундамент современной теории поляризации жидкостей на молекулярном уровне заложили работы Дебая [2], Онзагера [3], Кирквуда [4], Фрелиха [5] и других исследователей [6-11]. [c.141]

Учитывая геометрию молекулы воды с параметром То теории Дебая для диэлектриков и вязкостью ц воды, Бломберген, Парсел и Паунд рассчитали Т вп и Г] межмол, предположив ДИПОЛЬ—дипольный механизм релаксации [c.62]

Заметная доля взаимодействия иона с растворителем приходится на взаимодействие заряда с окружающим его диэлектриком. Размеры почти всех ионов так малы, что напряженность электрического поля в их ближайшем окружении превышает 10 В м При таких напряженностях взаимодействие с растворителем как диэлектриком может быть столь велико (ДС < -400 кДж г-иончто структура самого диэлектрика нарушается и его статическая диэлектрическая проницаемость меняется. Очевидно, для точного расчета энергии сольватации ионов и других величин такого типа необходимо знать величину локальной диэлектрической проницаемости. Взаимодействия между ионами также зависят от диэлектрической проницаемости разделяющей их среды, поэтому именно эта величина служит основной характеристикой, рассматриваемой в теориях Дебая— Хюккеля, Онзагера и Бьеррума. Следовательно, при описании поведения ионной системы очень важно уделить должное внимание рассмотрению диэлектрической среды, которая является обязательной составной частью ионной системы. [c.306]

В теории диэлектрической проницаемости Дебая—Клаузиуса—Мосотти эти упрощения допускаются уже в исходных положениях, так как реактивное поле вообще не учитывается. Поэтому с позиций теории Дебая—Клаузиуса—Мосотти молекулярная поляризация представляет собой сумму средних поляризуемостей всех молекул одного моля раствора, умноженную на 4п/3. Иногда молекулярная поляризацияР Ч определенная по (Е,1), применяется для характеристики диэлектрической поляризации в любых диэлектриках, неполярных и полярных. В полярных диэлектриках (полярные жидкости и сжатые газы, растворы полярных молекул при небольших степенях разведения) вследствие действия реактивного поля связь между и поляризуемостью отдельных молекул значительно усложняется. По этой причине Р< >, определен- [c.249]

Как мы уже отмечали, первая попытка создания статистической теории полярных диэлектриков принадлежат Дебаю. Им были предложены две теории, первая из которых была вскоре опровергнута данными опыта, а вторая подверглась серьезной и обоснованной критике в работах Ансельма [16]. Последний считал, что допущение об изотропности внутреннего поля, создаваемого дипольными молекулами при наложении внешнего поля, сделанное Дебаем, необоснованно и должно привести к серьезным погрешностям. [c.22]

П. Дебай положил на [ало статистич. теории поведения полярных диэлектриков (газов и неассоциированных непроводящих жидкостей) в эле1<трич. поле. Теория Дебая просто постулирует наличие постоянных Д. м. у молекул таких диэлектриков, но не объясняет их происхождения. Согласно этой теории, в отсутствии электрич. поля направления векторов Д. м. молекул распределены равномерно внешнее электрич. поле стремится ориентировать их, но вследствие теплового вращения молекул устанавливается но полная их ориентация, а лишь неравномерное статистич. распределение с преимущественной ориентацией Д. м. вдоль линий поля. Кроме того, вследствие поляризующего действия поля па упруго-связанные заряженные частицы в молекулах (электфоны и атомы) происходит их сдвиг, и молекулы приобретают наведенный Д. м. последний исчезает при снятии поля, и его следует [c.566]

Из теории диэлектриков известно, что диэлектрическая проницаемость Боо жидкости после прохождения области дебаевской релаксации в сторону больших частот несколько больше квадрата показателя преломления вещества, экстраполированного к этим значениям частот. Неоднократно высказывалась мысль о том, что это есть результат проявления вращательных качаний молекул жидкости. Недавно Хилл учла [21] в теории Дебая вращательно-колебательное движение молекул жидкости. В результате по разности между е о и и по известному значению момента инерции молекул оказалось возможным определить приближенно частоту колебания молекул. Вычисления показывают, что сравнительно несложные молекулы (типа монозамещенных бензола) при 20°С имеют частоты колебаний, лежащие в интервале 4 10 2+-6 10 2 сек (в циклических частотах), что в волновых числах будет 15—30 т. е. значения, [c.219]

Однако для полимеров общая сложность молекулы и большое количество возможных видов колебаний, которые допускаются, как только начинаемся вращение около связей углерод—углерод, обусловливают размытость перехода теплоемкости. Можно говорить о распределении А -точек переходов, так как этих точек так много и онгт расположены так близко друг к другу, что дают сплошное поглощение внешней энергии, как только достигается температура перехода. Это согласуется с распределением времени релаксации, которое принимается при расчете электрических и механических свойств полимеров [101]. Больше того, если максимум фактора потерь для полярных полимеров много меньше, чем эго вытекает из теории Дебая для диэлектриков, имеющих одно время релаксации, то и аномалия удельной теплоемкости также довольно мала по сравнению с аномалией удельной теп- [c.22]

Уравнения (7.2) и (7.3) получены Дебаем при условии, что все диполи в диэлектрике одинаковы и не взаимодействуют между собой, поэтому имеется одно время релаксации т. Однако в реальных диэлектриках, в частности полимерах, процессам релаксации присуще распределение времен Xi, описываемое релаксационным спектром. Тот факт, что диэлектрические свойства полимеров не могут быть точно описаны уравнением с одним т, был впервые принят во внимание Фуоссом и Кирквудом [7.2], которые прямым образом учли существование спектра времен релаксации для полимеров. Учет распределения времен релаксации в конденсированных системах, в которых отсутствуют дальнодействующие силы, сделан в теории диэлектрических свойств слабополярных систем. Если функция распределершя времен релаксации является симметричной, то для обобщенной диэлектрической проницаемости может быть использовано модифицированное уравнение Дебая вида [c.177]

Др. группа методов определения Д. м. основана на измерениях диэлектрич. проницаемости е в-ва. Этими методами измерены Д. м. молекул более 10 тыс. в-в. Переход от измеряемого значения е газа, чистой жидкости или разбавл. р-ра, т. е. макроскопич. характеристики диэлектрика, к величине Д. м. основан на теории поляризации диэлектриков. Считается, что при наложении электрич. поля на диэлектрик его полная поляризация Р (средний Д. м. единицы об-ьема) складывается из наведенной, или индуцированной, поляризации и ориентационной поляризации и связана с ц ур-нием Лаижевена - Дебая [c.76]

Этот вывод следует из линейности функции =f(l/T) и из того, что со8т) = 0 в широком интервале температур. Для ацетона при температурах ниже 10° наблюдается тенденция к возникновению упорядоченной ориентации, причем дипольные моменты соседних молекул стремятся занять противоположные направления. Этот результат, являющийся следствием теории Онзагера и термодинамической теории диэлектриков, можно считать надежно установленным. Но он, казалось бы, противоречит сведениям о строении молекул и межмолекулярным взаимодействиям. Молекулы ацетона, пиридина и нитробензола асимметричны. Они имеют значительный дипольный момент, для нитробензола превышающий 4 дебая. Среднюю энергию электростатического взаимодействия между двумя изолированными диполями по. порядку величины можно принять равной (Яи Л о, где Л о—число молекул в единице объема. Для нитробензола при 300°К, Ло = 5,9- lO и Л/о = 9,4 10- эрг, в то время как величина кТ равна 4,10 эрг. Таким образом, средняя энергия взаимодействия двух изолированных молекул нитробензола при 300° К составляет около 2,5 кТ. Легко показать также, что разность между энергиями взаимодействия при параллельной и антипараллельной ориентациями диполей нитробензола составляет в этих условиях около 10 кТ. Отсюда можно было бы заключить, что энергия ориентирующего взаимодействия молекул нитробензола, а также пиридина и ацетона велика. Но все эти расчеты,, применимые (при указанных выше ограничениях) к двум изолированным дипольным молекулам, неприменимы "для оценки межмолекулярного поля в жидкостях. Причины хаотического распределения ориентаций молекул жидкостей кроются не непосредственно в свойствах молекул, а имеют более сложную природу. Они вызваны изменениями в молекулярном поле при коллективном взаимодействии большого числа частиц. Характер этих изменений можно проиллюстрировать с помощью хорошо известного расчета взаимодействия диполей, расположенных параллельно друг другу по узлам кубической пространственной решетки внутри сферы. Напряженность суммарного поля от всех так расположенных диполей в центре сферы равна нулю, и энергия [c.67]

На формулу Дебая (1.49) распространяются все ограничения, присущие уравнению Клаузиуса — Моссотти, поэтому она является приближенной и может быть применима к полярным газам при очень низких давлениях, а также ( в грубом приближении) к предельно разбавленным растворам полярных веществ в неполярном растворителе. При рассмотрении теории полярных диэлектриков Дебаем не принято во внимание также реактивное (внутреннее) поле молекул. [c.22]

Найденный солевой эффект нового типа имеет механизм, отличный от солевых эффектов, ранее известных в кинетике и катализе. Он не связан с ионным равновесием как эффект Бренстеда— Бьеррума, но представляет собой результат действия ионов на систему двух диэлектриков растворитель — растворенное вещество. Дебай в теории высаливания показал, что внесение ионов в систему двух смешанных диэлектриков должно вызывать перераспределение молекул этих диэлектриков около ионов. Именно, вещество с большим дипольным моментом (например вода) уплотняется около ионов, оттесняя молекулы менее полярного вещества, например перекиси водорода, от ирнов. Вследствие этого эффективная концентрация растворенного вещества — его коэффициент активности — возрастает по мере прибавления соли, вызывая ускорение реакции разлох енпя. [c.345]

Питер Дебай (1884-1966) -голландский физик. Окончил Высшую техническую школу е Аахене и Мюнхенский университет. С 1935 г. — профессор Берлинского университета. Член многих академий наук. Дебай установил связь между теплоемкостью тел и их коэффициентом эластичности, открыл зависимость теплоемкости твердых тел от абсолютной температуры. Он создал теорию диэлектриков, разработал метод и теорию интерференции рентгеновских лучей в кристаллическом порошке и жидкости (метод Дебая — Шерера). Важное значение имели и его исследования в области теории твердых тел. [c.209]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология