Основные виды поляризации диэлектриков

Существует два основных вида поляризации диэлектриков:

• 1) поляризация под воздействием электрического поля практически мгновенная, вполне упругая, без рассеяния энергии, т. е. без выделения теплоты;
• 2) поляризация, совершаемая не мгновенно, а нарастающая и убывающая замедленно и сопровождаемая рассеянием энергии в диэлектрике, т. е. его нагревание. Такой вид поляризации называют релаксационной поляризацией.

К первому виду поляризации относится электронная и ионная, остальные механизмы принадлежат к релаксационной поляризации. Особым механизмом поляризации является резонансная, наблюдаемая в диэлектриках при весьма высоких частотах, потому малосущественная для практической электротехники. Емкость конденсатора с диэлектриком и накопленным в нем электрическом заряде обуславливается суммарным воздействием различных механизмов поляризации. Разные виды поляризации могут наблюдаться в разных диэлектриках, а так же могут быть одновременно у одного и того же материала.

Электронная поляризация (Qэ, Cэ) представляет собой упругое смещение и деформацию электронных оболочек атомов и ионов. Время установления около 10 -15 сек. Диэлектрическая проницаемость вещества с чисто электронной поляризацией численно равна квадрату показателя преломления света n. Смещение и деформация электронных орбит атомов и ионов не зависит от температуры, однако электронная поляризация уменьшается с повышением температуры в связи с тепловым расширением диэлектрика и уменьшением числа частиц в единице объема. Электронная поляризация наблюдается у всех видов диэлектриков и не связано с потерей энергий.

Ионная поляризация (Qи, Cи) характерна для твердых тел с ионным строением и обуславливается смещением упруго связанных ионов. С повышением температуры она усиливается в результате ослабления упругих сил, действующих между ионами, из-за увеличения расстояния между ними при тепловом расширений. Время установления — порядка 10 -13 сек.

Дипольно-релаксационная поляризация (С д-р, Q д-р, r д-р) отличается от электронной и ионной тем, что связано с тепловым движением частиц. Дипольные молекулы, находящиеся в хаотическом тепловом движении частично ориентируются под действием поля, что и вызывает поляризацию (если молекулярные силы не препятствуют диполям ориентироваться вдоль поля).

С увеличением температуры дипольная поляризация сначала возрастает, пока ослабление молекулярных сил сказывается сильнее, чем возрастание энергии теплового движения молекул, а затем, когда возрастание энергии теплового движения молекул становится интенсивнее, дипольная поляризация с ростом температуры начинает падать.

Ионно-релаксационная поляризация (С и-р, Q и-р, r и-р) наблюдается в неорганических стеклах и в неких ионных кристаллических неорганических веществах. В этом случае слабо связанные ионы вещества под воздействием внешнего электрического поля среди хаотических тепловых перебросов получают избыточные перебросы в направлении поля. После снятия электрического поля смещение ионов ослабевает по экспоненциальному закон. С повышением температуры ионно-релаксационная поляризация усиливается.

Электронно-релаксационная поляризация (Q э-р, С э-р, r э-р) возникает вследствие возбуждения тепловой энергии избыточных (дефектных) электронов или дырок, характерна главным образом для диэлектриков с высоким показателем преломления, большим внутренним полем и электронной электропроводностью.

Миграционная поляризация (Q м, С м, r м) понимается как дополнительный механизм поляризации, проявляющийся в твердых телах неоднородной структуры при макроскопических неоднородностях и наличии примесей. Причинами такой поляризации является проводящие и полупроводящие включения в технических диэлектриках, наличие слоев различной проводимости и т. д., связана со значительным рассеянием электрической энергии.

Самопроизвольная (спонтанная) поляризация (Q сп, С сп, r сп) встречаются у сегнетоэлектриков. В веществах с самопроизвольной поляризацией имеются отдельные области (домены), обладающие определенный электрическим моментом в отсутствие внешнего поля. В отличие от других видов поляризации при некотором значении напряженности внешнего поля наступает насыщение, и дальнейшее усиление поля не вызывает возрастания интенсивности поляризации. Диэлектрическая проницаемость при спонтанной поляризации зависит от напряженности электрического поля, такие материалы характеризуются значительным рассеиванием энергии.

Контрольные вопросы:

• 1. Основные сведения о материалах. Виды связи.
• 2. Классификация веществ по электрическим свойствам. Классификация веществ по магнитным свойствам.
• 3. Что такое диэлектрики? Поляризация диэлектриков.
• 6. Основные виды поляризации диэлектриков.