Взаимодействие двух нейтральных диэлектриков

[sergey zhukov]

Будут ли два нейтральных диэлектрика притягиваться друг к другу?

Любой диэлектрик поляризуется в электрическом поле. Даже если вне поля диэлектрик был абсолютно нейтрален, а его молекула была центрально симметрична, то в поле она поляризуется и у диэлектрика появляется внешнее электрическое поле - дипольный момент. Теоретически неполяризованное состояние двух диэлектриков, находящихся рядом, должно быть нестабильным. Иначе говоря, диэлектрики должны поляризовать друг друга своими дипольными полями. Получается, что тел, у которых вообще нет никакого внешнего электрического поля, просто не бывает.

Известно так же, что два электрических диполя всегда притягиваются. Поэтому должен существовать эффект электростатического притягивания по сути любых тел, способных поляризоваться. Что-то я про это нигде не слышал. Не подскажете, где об этом можно почитать?

[Pphantom]

Тема перемещена из форума «Беседы на околонаучные темы» в форум «Помогите решить / разобраться (Ф)»
Причина переноса: тематика.

[arseniiv]

sergey zhukov
Не забывайте об энергии. На поляризацию во внешнем поле тратится энергия этого поля. На макроскопических расстояниях, на которых и применимо такое рассмотрение, притяжения не получится.

[Pphantom]

Можно подойти к вопросу с немного другой стороны. Пусть у нас есть два диэлектрика. Они поляризуют друг друга, появляется какая-то разность потенциалов, к которой мы, например, подключаем лампочку. Лампочка светится, диэлектрики приходят в исходное состояние. Они снова поляризуются...

[AL Malino]

sergey zhukov в сообщении #1160561 писал(а):

Известно так же, что два электрических диполя всегда притягиваются. Поэтому должен существовать эффект электростатического притягивания по сути любых тел, способных поляризоваться. Что-то я про это нигде не слышал. Не подскажете, где об этом можно почитать?

Вопрос давным-давно разобран по косточкам.
Есть такая штука, как "Силы Ван-дер-Ваальса".
Можно для справки заглянуть в Wikipedia: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0 ... 1%81%D0%B0
Но лучше сразу сюда: http://www.ufn.ru/ufn61/ufn61_3/Russian/r613b.pdf

[Munin]

Прошу ссылки на УФН давать в таком виде: http://ufn.ru/ru/articles/1961/3/b/
Человек сможет почитать аннотацию, и решить, нужно ли ему скачивать большой PDF.

[sergey zhukov]

Действительно, на поляризацию диэлектриков надо затратить энергию, так что потенциальная энергия системы от процесса взаимной поляризации и последующего сближения неполярных молекул по крайней мере не уменьшается. Поэтому неполяризованное состояние двух неполярных молекул, находящихся рядом, устойчиво. Это я понял.

Из теории я так же понял, что свойство неполярности может быть только в среднем, а мгновенное состояние неполярной молекулы - хаотическая поляризованость. Отсюда дисперсионное электрическое взаимодействие даже самых совершенных центрально симметричных обьектов - атомов инертных газов.

Однако мне кажется, что теоретически можно привести механический пример двух неполярных обьектов, которые взаимно поляризуются в присутствии друг друга. Возьмем отрицательно заряженную сферу и поместим в центр равный положительный заряд. Это неполярный обьект. Немного сместим положительный заряд из центра. На это не потребуется энергии, т.к. внутри отрицательно заряженной сферы положительный заряд свободен (равномерное распределение отрицательного заряда по сфере зафиксируем). При этом вне сферы появится поле диполя "положительный заряд - центр сферы". В целом это пример обьекта, на поляризацию которого не требуется энергия. Закрепим центральный заряд слабыми пружинками в центре и сблизим два таких обьекта. По моему, их нейтральное состояние не должно быть устойчивым. Возможно, придется взять нелинейные пружины или задать конечное отколонение центрального заряда, но в конце концов сферы притянутся, причем один центральный заряд притянется к точке соприкосновения сфер, а другой отойдет от нее в диаметрольно противоположную точку своей сферы. Разве нет? Или все дело тут в фиксации распределения отрицательного заряда по сфере, которого реально невозможно добиться?

[rustot]

Поляризация диэлектрика внешним полем - это растяжение внутренней "пружинки", которая возвращает заряды на свои места как только внешнее поле исчезает. Если даже в результате флуктуации один из диэлектриков поляризуется, поляризует своим полем соседний диэлектрик он гораздо слабее чем поляризован сам, допустим для примера в 10 раз слабее. Второй диэлектрик своим полем как бы пытается поддержать поляризацию исходного, но силы этим опять в 10 раз слабее, в сумме уже в 100. То есть эти силы никак не могут противостоять пружинкам которые устраняя флуктуацию возвращают исходный диэлектрик в исходное состояние

[DimaM]

rustot в сообщении #1162059 писал(а):

Поляризация диэлектрика внешним полем - это растяжение внутренней "пружинки", которая возвращает заряды на свои места как только внешнее поле исчезает.

Бывают еще полярные диэлектрики, а также сегнетоэлектрики и прочие электреты.

[rustot]

DimaM в сообщении #1162166 писал(а):

Бывают еще полярные диэлектрики, а также сегнетоэлектрики и прочие электреты.

Но все они уже не описываются коэффициентом диэлектрической проницаемости

[DimaM]

rustot в сообщении #1162596 писал(а):

Но все они уже не описываются коэффициентом диэлектрической проницаемости

Но диэлектриками-то они от этого быть не перестают.

[sergey zhukov]

Вот простой пример системы, состоящей из двух равномерно заряженных отрицательных сфер е=-1, в центре которых есть единичные положительные заряды е=+1 на пружине:



По моему, взаимная поляризация возможна, если в системе действуют не только кулоновские силы. Например, фиксированное равномерное распределение заряда по сфере или силы, противостоящие поляризации, представленные здесь пружиной. В этом случае работа поляризации может быть устремлена к нулю.

[Munin]

Убедительная прикидка.

[Mentat]

sergey zhukov, вот чисто качественно - ваша картинка соответствует положению дел внутри сегнетоэлектриков. Там действительно может быть поляризация, и даже доменная структура, как в постоянных магнитах. Но.
Два отдельно взятых макроскопических бруска будут поляризованными "заранее", а не в присутствии друг друга. Если речь об отдельных молекулах - то причина по которой они не слипаются в том, что существует ещё и решётка, в узлах которой её элементам находиться энергетически выгодно - если посчитать энергию большого числа таких частичек.
Ну а так-то, поляризованный материал будет создавать поле, а поле будет воздействовать на второй кусок поляризованного материала. Но это воздействие будет выражаться не в движении брусков как целого, а в увеличении поляризации отдельных ячеек, либо же переориентирование доменов, состоящих из множества ячеек. Рассмотрим один из брусков как "внешнее поле", тогда разместив его над первым (таким-же) получим что поле увеличило его поляризацию, причём почти в два раза, т.к. добавится столько же поля сколько было во всём первом за вычетом потерь. В общем случае у гистерезиса поляризации может быть хилый наклон, поэтому может ещё меньше чем в 2 раза увеличиться - это уже связанно с внутренними взаимодейсвиями. Но если этого не учитывать, то получим поле почти в два раза большее. Это соответствует ситуации, если бы мы вдвое увеличили число таких поляризованых мини систем (ячеек, где сдвинуты элементы с различными валентностями - так происходит процесс, который вы несколько грубо нарисовали), а это то же самое что увеличить вдвое объём образца (что мы, по-сути и сделали, поднеся вторую часть, равную первой). Величину кулоновского притяжения наверняка можно измерить, но я вам сразу скажу что она мала.
Почитайте больше про сегнетоэлектрики и про то, как на самом деле происходит поляризация материала - там конфигурации выходят посложнее, но суть та же - есть деформированные отрицательно заряженные оболочки, и есть поле соседних элементов в ячейке. Ядра, вообще говоря, тяжёлые, потому беспощадно таскают за собой оболочки (как объекты с гораздо меньшей инерцией) но в итоге создаётся ассиметричное распределение зарядов (да, ещё по химии надо базу некоторую иметь, но для следующего уровня понимания вам, пожалуй, хватит и объяснений из учебников по физике. Это в первую очередь)...