12 И 13 декабря студенческое анкетирование в 10:00 3-02

8.2.2. Ионная упругая поляризация

Суть: в диэлектриках с ионным типом хим связи под действием электрического поля происходит смещение положительных ионов относительно отрицательных. Возникающая таким образом поляризация называется ионной упругой поляризацией. Время установления – 10^-14..10^-15с.

Простейший пример – поляризация молекулы . Вводится коэффициент:

- ионная поляризуемость, в которой:

N – показатель степени в потенциала.

8.2.3. Дипольная, упругая и тепловая поляризации

Во многих диэлектриках имеются молекулы – диполи даже в отсутствии внешнего электрического поля. В ряде случаев при изменении направления ориентации диполей во внешнем электрическом поле возникают упругие возвращающие силы. Дипольная упругая поляризация имеет место в твёрдых диэлектриках, когда диполи достаточно жёстко связаны.

В газах и жидкостях полярные молекулы раз ориентированы за счёт теплового движения так, что результирующая поляризация = 0. Под действием внешнего поля устанавливается некоторая преимущественная ориентация диполей в направлении поля. Так как ориентация диполей в этом случае зависит от теплового движения, механизм поляризации называют тепловой дипольной поляризацией.

Простейшей дипольной молекулой является молекула . Эти несимметричные молекулы, находящиеся в жидком или газообразном состоянии, могут принимать участие только в тепловой поляризации. При температуре Т < 98°K находится в кристаллическом состоянии, и диполи образуют упорядоченную структуру. Из-за этого упорядочивания диполей в полярном кристалле существует внутреннее электрическое поле. Во внешнем электрическом поле имеет место упругое отклонение дипольных моментов от равновесной ориентации.

8.2.4. Ионная тепловая поляризация

Во многих диэлектриках имеются слабосвязанные ионы. Это могут быть ионы, находящиеся в междоузлиях, или ионы, локализованные вблизи дефектов. За счёт тепловых флуктуация ионы могут переходить из одних положений равновесия в другие, преодолевая потенциальные барьеры. При отсутствии внешнего электрического поля такие перемещения являются случайными, и диэлектрик остаётся неполяризованным.

Под действием поля изменяется потенциальный рельеф, и появляются некоторые преимущественные перемещения ионов в дефектных областях. Так возникает поляризация.

В зависимости от особенности строения диэлектрика и типа дефекта, время релаксации (т.е. время снятия поляризации после отключения поля) порядка 10^-8..10^-4 с. За счёт наложения поля барьер уменьшается на , число перескоков из 1 в 2 в единицу времени больше, чем их 2 в 1 в диэлектрике устанавливается ассиметричное распределение зарядов, т.е. создаётся дипольный момент.

8.2.5. Электронная тепловая поляризация

Рассмотрим механизм электронной тепловой поляризации на примере кристалла рутила (, содержащего анионные вакансии.

В одном из узлов отсутствует ион кислорода. Компенсация заряда осуществляется за счёт 3-х ближайших ионов титана. Они становятся 3-х валентными, т.е. содержат на внешней оболочке по одному слабосвязанному электрону. Предполагается, что под действием тепловых флуктуаций 2 электрона перескакивают между ближайшим к вакансии ионам, при этом преодолевается некий потенциальный барьер. Если к диэлектрику внешнее поле не приложено, то в различных анионных вакансиях эти переходы происходят хаотически, и поляризация не возникает. Приложение электрического поля приводит к тому, что перескоки становятся согласованными, и возникает результирующий дипольный момент. Время релаксации – 10^-7..10^-2 с.