C6740 Elektrické vlastnosti dielektrik

Přírodovědecká fakulta
jaro 2024
Rozsah
2/0/0. 2 kr. (příf plus uk plus > 4). Doporučované ukončení: zk. Jiná možná ukončení: k.
Vyučující
prof. RNDr. Libuše Trnková, CSc. (přednášející)
Garance
prof. RNDr. Libuše Trnková, CSc.
Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Dodavatelské pracoviště: Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Rozvrh
Po 19. 2. až Ne 26. 5. Čt 16:00–17:50 C12/311
Předpoklady
znalosti učiva obecné a fyzikální chemie, základní znalosti fyziky a matematiky
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Přednáškový blok přináší posluchačům fyzikální chemie zajímavý vhled do vlastností dielektrik a jejich chování ve statickém a proměnném elektrickém poli. Věnuje se základním principům jevů, které v dielektriku vznikají v interakci s vnějším prostředím nejen v podobě elektrického pole, ale i v podobě elektromagnetické vlny. Posluchači nahlédnou do matematických funkcí vektorového a skalárního prostředí a jejich aplikací v klasických i empirických modelech dielektrik.
Výstupy z učení
Po absolvování tohoto předmětu bude student schopen: 1) analyzovat chování dielektrik ve statickém a proměnném elektrickém poli a pochopit základní principy jevů, které v dielektriku vznikají v interakci s vnějším prostředím nejen v podobě elektrického pole, ale i v podobě elektromagnetické vlny; 2) využít matematické funkce vektorového a skalárního prostředí do aplikací klasických i empirických modelů dielektrik; 3) charakterizovat dielektrickou polarizaci, indukci a dielektrickou relaxaci; 4) identifikovat a zhodnotit optoelektrické jevy; 5) analyzovat metamateriály s jejich specifickými elektromagnetickými vlastnostmi.
Osnova
  • 1.Dielektrika. Náboj a hustota náboje. Elektrický dipól jako vektor. Elektrostatika a elektrostatické teorémy I. Intenzita a potenciál elektrického pole, permitivita, relativní permitivita a její stanovení, kapacita kondenzátoru. 2.Gradient, divergence, rotace. Elektrostatika a elektrostatické teorémy II (Gauss-Ostrogradského a Stokesova věta), aplikace teorému G-O: tok vektoru plochou, hustota energie elektrického pole. 3.Nepolární a polární dielektrika. Polarizovatelnost a typy polarizovatelnosti. Dielektrikum ve statickém elektrickém poli, volné a vázané náboje. Polarizace, indukce. Elektrická susceptibilita. Clausius-Mosottiho rovnice a její platnost. 4.Teorie dielektrické polarizace. Polární dielektrikum, Debye model a stanovení permanentního dipólového momentu. Hedestrandova metoda. Modely polárních dielektrik – Onsager, Kirkwood, Fröhlich. 5.Kinetická teorie dielektrické relaxace. Dielektrikum v proměnném elektrickém poli. Komplexní permitivita. Dielektrická ztráta. Debyeovy křivky. Cole-Cole diagram (Cole-Davidson, Havriliak-Negami). Dielektrická spektroskopie. 6.Rychlostní teorie dielektrické polarizace. Disperze světla. Molární refrakce a vztah k elektronové polarizaci. Iontová polarizace. Dielektrická relaxace v krystalech. Ferroelektrika, Curieova teplota. Piezoelektrický, pyroelektrický efekt. 7.Optoelektrické jevy. Kerrův experiment. Aplikace. 8.Spektra a dipólový moment indukovaný a permanentní. Transitní dipólový moment. Stanovení dipólových momentů pomocí spekter. 9.Metamateriály a jejich elektromagnetické vlastnosti. Záporná permitivita, záporná permeabilita a záporný index lomu. Veselagova čočka. Neviditelný plášť Harryho Pottera a nebo Rumburaka.
Literatura
    doporučená literatura
  • ATKINS, P. W. Physical chemistry. 6th ed. Oxford: Oxford University Press, 1998, xvi, 1014. ISBN 0198501013. info
  • ATKINS, Peter William. The elements of physical chemistry [Atkins, 1992]. Oxford: Oxford University Press, 1992, 11, 496 s. ISBN 0-19-855723-X. info
  • KAO, Kwan Chi. Dielectric phenomena in solids : with emphasis on physical concepts of electronic processes. Amsterdam: Elsevier Academic Press, 2004, xvii, 581. ISBN 0123965616. info
  • Impedance spectroscopyapplications to electrochemical and dielectric phenomena. Edited by Vadim F. Lvovich. Hoboken, N.J.: Wiley, 2012, xiii, 353. ISBN 9781118164105. info
Výukové metody
Přednáška s příklady výpočtů.
Metody hodnocení
ústní zkouška
Navazující předměty
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je vyučován každoročně.
Předmět je zařazen také v obdobích jaro 2008 - akreditace, jaro 2011 - akreditace, jaro 2000, jaro 2002, jaro 2003, jaro 2004, jaro 2005, jaro 2006, jaro 2007, jaro 2008, jaro 2009, jaro 2010, jaro 2011, jaro 2012, jaro 2012 - akreditace, jaro 2014, jaro 2015, jaro 2016, jaro 2017, jaro 2018, jaro 2019, jaro 2020, jaro 2021, jaro 2022, jaro 2023, jaro 2025.