Основні види поляризації діелектриків
Два основних види поляризації діелектриків:
- Миттєва - поляризація під впливом електричного поля відбувається практично миттєво, без розсіювання енергії, т. Е. Без ви-ділення теплоти;
- Уповільнена - поляризація, що здійснюються не миттєво, а наростаюча і уби-вающая уповільнено і супроводжувана розсіюванням енергії в діелек-трик, т. Е. Його нагріванням. Такий вид поляризації називають релаксационной поляризацією.
До першого виду поляризації відносяться електронна та іонна, інші механізми належать до релаксаційної поляризації. Особливим механізмом поляризації є резонансна, спостеріга-даємо в діелектриках при досить високих частотах.
Електронна поляризація є пружне зміщення і деформацію електронних оболонок атомів і іонів. Час уста-новлення електронної поляризації мізерно мало (близько 10 -15 с). Зсув і деформація електронних орбіт атомів або іонів не залежить від температури, однак електронна поляризація речовини зменшується з підвищенням температури в зв'язку з тепловим розширенням діелектрика і зменшенням числа частинок в одиниці об'єму. Зміна діелектричної проникності діелектрика з електронної поляризацією при зміні температури обумовлений-ється лише зміною його щільності. Електронна поляризація спостерігається у всіх видів ді-електриків і не пов'язана з втратою енергії.
Іонна поляризація характерна для твердо-дих тіл з іонним будовою і обумовлюється зміщенням пружно-пов'язаних іонів. З підвищенням температури вона посилюється в ре-док ослаблення пружних сил, що діють між іонами, через збільшення відстані між ними при тепловому розширенні.
Час встановлення іонної поляризації близько 10 -13 с.
Дипольно-релаксаційна поляризація для стислості називається дипольної, відрізняється від електронної та іон-ної тим, що вона пов'язана з тепловим рухом частинок. Дипольні молекули, що знаходяться в хаотичному тепловому русі, частково орієнтуються під дією поля, що і є причи-ною поляризації.
Дипольна поляризація можлива, якщо молекулярні сили не перешкоджають ДІПОЛ орієнтуватися уздовж поля. Зі збільшенням температури молекулярні сили послаблюються, в'язкість речовини знижується, що повинно підсилювати дипольні поляризацію, однак в той же час зростає енергія теплового руху молекул, що зменшує ориентирующее вплив поля. Тому зі збільшенням температури дипольна поляризація спочатку зростає (поки ослаблення молекулярних сил позначається сильніше, ніж зростання хаотичного теплового руху), а потім, коли хаотичний рух стає інтенсивніше, дипольна поляризація з ростом температури починає падати.
Поворот диполів в напрямку поля у в'язкому середовищі вимагає подолання деякого опору, а тому дипольная поля-ризация пов'язана з втратами енергії. У швидкозмінних полях диполі не встигають орієнтуватися в направле-нии поля, і дипольная поляризація при підвищених частотах при-розкладання напруги може повністю зникати.
Проміжок часу, протягом якого впорядкованість ориен тірован полем диполів після його зняття зменшиться внаслідок теплового руху в 2,7 рази в порівнянні з початковим зна-ченням, називають часом релаксації.
Дипольна поляризація властива полярним газам і жид-кістках. Цей вид поляризації може спостерігатися також і в твер-дих полярних органічних речовинах. У кристалах з молекулярної гратами і слабкими Ван-дер-ваальсово зв'язками можлива орієнтація і більших частинок.
Іонно-релаксаційна полярності ізація наблю-дається в неорганічних стеклах і в деяких іонних кристал-вої неорганічних речовинах з нещільної упаковкою іонів. В цьому випадку слабо пов'язані іони речовини під впливом зовнішнього електричного поля серед хаотичного теплового руху зміщуються в напрямку поля.
Після зняття електричного поля іонно-релаксаційна по-ляризации поступово слабшає за експонентним законом, а з підвищенням температури - помітно посилюється.
Електронно-релаксаційна поляризація від-Ліча від електронної та іонної і виникає внаслідок викличу-дення тепловою енергією надлишкових (дефектних) електронів або дірок.
Електронно-релаксаційна поляризація характерна для ді-електриків з високим показником заломлення, великим внутрен-ним полем і електронної електропровідністю.
Слід зазначити високе значення діелектричної проникний-мости, яке може бути при електронно-релаксаційної поля-ризації, а також наявність максимуму в температурній залежності.
Міграційна поляризація розуміється як додат-ковий механізм поляризації, що виявляється в твердих ті-лах неоднорідної структури при макроскопічних неоднорідностях і наявності домішок. Ця поляризація проявляється при низьких частотах і пов'язана зі значним розсіюванням електричної енергії. Причинами такої поляризації є провідні до полупроводящіе включення в технічних діелектриках, наявність шарів з різною провідністю і т. Д.
При внесенні неоднорідних матеріалів в електричне поле вільні електрони і іони проводять і полупроводящіх вклю-чений переміщаються в межах кожного включення, утворюючи біль-шие поляризовані області. У шаруватих матеріалах на кордонах розділу шарів і в прпелектродних шарах може бути накопичення зарядів повільно рухаються іонів.
У речовинах з мимовільної поляризацією (сегнетоелектрики) є від-слушні області (домени), що володіють електричним моментом під час відсутності зовнішнього поля. Однак при цьому орієнтація електрич-чеських моментів в різних доменах різна. Накладення зовнішнього поля сприяє переважної орієнтації електричних моментів доменів в напрямку поля, що дає ефект дуже силь-ної поляризації. На відміну від інших видів поляризації прі не-якому значенні напруженості зовнішнього поля настає наси-щення, і подальше посилення поля вже не викликає зростання інтенсивності поляризації. Тому діелектрична проникними-ність при спонтанної поляризації залежить від напруженості елек-тричних поля. У температурної залежності спостерігається один або кілька максимумів. У змінних електричних полях матеріали з мимовільної поляризацією характеризуються зна-ве розсіюванням енергії, т. Е. Виділенням теплоти.
Можна зобразити еквівалентну електричну схему заміщення діелектрика з різними видами поляризації в електричному полі.
Рис.2. Еквівалентна електрична схема заміщення діелектрика з різними видами поляризації в електричному полі
Ємність конденсатора з діелектриком і накопичений в ньому електричний заряд обумовлюються сумарним впливом різних механізмів поляризації. Різні види поляризації можуть спостерігатися у різних діелектриків, а також можуть бути одночасно у одного і того ж матеріалу.