§3. Диэлектрические материалы.

Диэлектриками называют изолированные материалы, способные поляризоваться в электрическом поле. В свете зонной теории это материалы с широкой запрещенной зоной, более 3,5 эВ.

§3.1. Поляризация диэлектриков.

Поляризацией называется состояние диэлектрика, при котором дипольный электрический момент некоторого его объема больше 0. Поляризация - это смещение упруго связанных зарядов и ориентация дипольных молекул в электрическом поле. При поляризации диэлектрика между пластика конденсатора на поверхности диэлектрика возникают заряды, противоположные по знаку пластинам конденсатора. Степень поляризации диэлектрика оцениваем по увеличению емкости конденсатора после внесения между обкладками диэлектрика. Механизмы поляризации диэлектриков разные. Эквивалентная электрическая схема диэлектрика, обладающего всеми известными механизмами имеет вид: рис2. Когда между обкладками конденсатора сухой воздух или вакуум и диэлектрика нет, то емкость С0 и заряд Q0 соответствуют собственному полю изолятора. Сопротивление изоляции, которое заколачивает всю емкость эквивалентной схемы - это сопротивление диэлектрика току сквозной электропроводности. Механизмы поляризации:

1. Электронная. Возникает при упругом смещении электронных оболочек атомов или молекул, устанавливается за 10(^-15) сек, то есть работает до частот 10(^16) Гц и проявляется абсолютно во всех материалах. Температура не влияет на величину диэлектрической проницаемости диэлектрика с электронной поляризацией. График объясняется термическим расширением при нагревании.

2. Ионная поляризация. Протекает в электронных кристаллах с ионным строением, это смещение упруго связанных ионов на расстояния, меньшие постоянной решетки. Протекает за 10(^-13) сек, ч ростом температуры проницаемость поляризации увеличивается, т.к. между зарядами возрастает и силы связей слабеют. Их легче повернуть.

3. Дипольно-релаксационная поляризация. Проявляется в частичной ориентации дипольных молекул, находящихся в хаотическом тепловом движении. Это диэлектрики не кристаллические, а вязкие среды. ДРП возможна, если молекулярные силы не мешают диплом ориентироваться по полю. С увеличением температуры силы сцепления между молекулами уменьшаются и ДРП должна усиливаться, однако тепловое хаотическое движение молекул нарушает электрически-ориентрованное состояние диэлектрика. Повороты диполей в направлении электрического поля требуют преодоления вязкой среды. И ДРП связана с потерей энергии. Она превращается в тепло. В схеме это отражено резистором (активным сопротивлением).

4. Ионнно-релаксационная, электронно-релаксационная, миграционная поляризации происходят в различных по структуре и строению диэлектриках. У всех релаксационных механизмов поляризации происходит ориентация и разориентация дипольных моментов. Состояние вещества в момент отключения электрического поля, а затем через некоторое время различно. Время разориентации дипольных молекул (релаксирования) зависит от агрегатного состояния диэлектрика, сил связи или размеров кристаллов, являющихся дипольными образованиями. Спонтанная или самопроизвольная поляризация наблюдается у сегнетоэлектриков и позже будет рассмотрена.