4.2.2 Ионная поляризация

Характерна для твердых тел с ионным строением (каменная соль; в узлах кристаллической решетки находятся ионы Na⁺ и Cl¯).

При приложении поля ионы Na смещаются по направлению внешнего электрического поля Е, а ионы Cl – против направления (рисунок 4.3). Смещение двух разноименно заряженных ионов приводит к появлению элементарного электрического момента:

μ = q ∙ ∆x , (4.4)

где ∆x - смещение ионов.

Сумма всех этих элементарных электрических моментов определяет ионную поляризацию.

Время установления 10^-13 с.

Поляризованность P увеличивается с увеличением температуры, т.к. диэлектрик расширяется, расстояние между ионами увеличивается, значит ослабляются силы упругой связи между ионами

Поляризация не зависит от t, не связана с потерями энергии.

Рисунок 4.3 – Схематическое изображение ионной поляризации. Ионная кристаллическая решетка:

а – при отсутствии электрического поля; б – при воздействии электрического поля.

4.2.3 Дипольно-релаксационная поляризация

Дипольные молекулы в отсутствии внешнего электрического поля находятся в тепловом хаотическом движении. При воздействии внешнего электрического поля эти дипольные молекулы ориентируются в направлении поля, т.е. наблюдается эффект поляризации (рисунок 4.4).

Рисунок 4.4 – Схематическое изображение дипольно-релаксационной поляризации. Расположение дипольных молекул:

а – при отсутствии электрического поля; б – при воздействии электрического поля.

При снятии поля поляризованность спадает по экспоненциальному закону:

P(τ) = P₀ ∙ e^{τ ∕ τ}­⁰ , (4.5)

где P₀ – поляризованность в момент снятия напряжения;

₀ – время релаксации дипольной поляризации - это промежуток времени в течение которого поляризованность диэлектрика после снятия поля уменьшается в e = 2,72 раза от первоначального. Обычно  = 10^-6 – 10^-10 с, следовательно дипольная поляризация проявляется лишь на f < 10^-6 – 10^-10 Гц.

С увеличением температуры молекулярные силы ослабевают, это усиливает дипольно-релаксационную поляризацию, но с увеличением температуры увеличивается энергия теплового движения молекул, а это уменьшает ориентирующее движение. Поэтому зависимость ε от Т при дипольно-релаксационной поляризации характеризуется наличием максимума.

4.2.4 Ионно-релаксационная поляризация

Наблюдается в ионных кристаллах с неплотной упаковкой ионов, например в неорганических стеклах, керамике. Этот вид поляризации обусловлен смещением слабо связанных ионов под действием внешнего электрического поля на расстояние больше постоянной кристаллической решетки. Эта поляризация происходит с потерями энергии, и поляризация усиливается с увеличением температуры.

4.2.5 Самопроизвольная (спонтанная) поляризация

Происходит и в отсутствии внешнего поля. Это характерно для сегнетоэлектриков, они обладают доменной структурой. Домен – это отдельные области в сегнетоэлектрике, имеющие пространственно-однородное упорядочение дипольных моментов элементарных кристаллических ячеек. При воздействии внешнего поля домены ориентируются в направлении поля, что вызывает эффект сильной поляризации, следовательно высокие и сверхвысокие значения ε (сегнетова соль, титанат бария, титанат стронция).