34. Диэлектрическая проницаемость.

ДИЭЛЕКТРИ́ЧЕСКАЯ ПРОНИЦА́ЕМОСТЬ, безразмерная величина e, показывающая, во сколько раз сила взаимодействия F между электрическими зарядами в данной среде меньше их силы взаимодействия Fo в вакууме: e =Fо/F.

Диэлектрическая проницаемость показывает, во сколько раз поле ослабляется диэлектриком, количественно характеризуя свойство диэлектрика поляризоваться в электрическом поле.

Значение относительной диэлектрической проницаемости вещества, характеризующее степень его поляризуемости, определяется механизмами поляризации. Однако величина в большой мере зависит и от агрегатного состояния вещества, так как при переходах из одного состояния в другое существенно меняется плотность вещества, его вязкость и изотропность.

Диэлектрическая проницаемость газов. Газообразные вещества характеризуются весьма малыми плотностями вследствие больших расстояний между молекулами. Благодаря этому поляризация всех газов незначительна и диэлектрическая проницаемость их близка к единице. Поляризация газа может быть чисто электронной или дипольной, если молекулы газа полярны, однако и в этом случае основное значение имеет электронная поляризация. Поляризация различных газов тем больше, чем больше радиус молекулы газа, и численно близка к квадрату коэффициента преломления для этого газа.

Диэлектрическая проницаемость жидких диэлектриков Жидкие диэлектрики могут состоять из неполярных или полярных молекул. Значение e неполярных жидкостей определяется электронной поляризацией, поэтому оно невелико, близко к значению квадрата преломления света и обычно не превышает 2,5. Зависимость e неполярной жидкости от температуры связана с уменьшением числа молекул в единице объема, т. е. с уменьшением плотности, а ее температурный коэффициент близок к температурному коэффициенту объемного расширения жидкости, но отличается знаком.

Поляризация жидкостей, содержащих дипольные молекулы, определяется одновременно электронной и дипольно-релаксационной составляющими. Такие жидкости обладают тем большей диэлектрической проницаемостью, чем больше значение электрического момента диполей и чем больше число молекул в единице объема. Температурная зависимость в случае полярных жидкостей носит сложный характер.

Диэлектрическая проницаемость твердых диэлектриков В твердых телах может принимать самые разные числовые значения в соответствии с разнообразием структурных особенностей твердого диэлектрика. В твердых диэлектриках возможны все виды поляризации.

Наименьшее значение e имеют твердые диэлектрики, состоящие из неполярных молекул и обладающие только электронной поляризацией Твердые диэлектрики, представляющие собой ионные кристаллы с плотной упаковкой частиц, обладают электронной и ионной поляризациями и имеют значения e, лежащие в широких пределах Полярные органические диэлектрики обладают в твердом состоянии дипольно-релаксационной поляризацией. e этих материалов в большой степени зависит от температуры и частоты приложенного напряжения, подчиняясь тем же закономерностям, что и у дипольных жидкостей.

33. Поляризация диэлектриков Объемно-зарядная поляризация.

Поляризация диэлектриков сопровождается превращением части электрической энергии в теплоту вследствие трения, возникающего между макромолекулами, сегментами и объемными заместителями в цепи.

Объемная поляризация возникает за счет макроско-ческих перемещений ионов в объеме материала. Заряды в диэлектрике оказываются смещенными, но не на микрорасстояния, как при прочих видах поляризации, а на макроскопические расстояния. Продвижению свободных зарядов могут мешать дефекты кристаллической решетки, которые способны в некоторых случаях захватывать электроны и ионы. Распределение зарядов внутри монокристаллов связывается с разделением положительных и отрицательных центров или с ориентацией диполей. Исчезновение объемной поляризации может вызывать электрошумовые биения. Кроме того, иногда возникают поверхностные заряды вследствие пробоя диэлектрика ( воздуха) между электродом и электретом. Поверхностный заряд исчезает не так быстро, как объемный, и часто он бывает достаточно велик, чтобы изменить полярность электрета. Накоплению объемных зарядов и разделению зарядов в проводящих включениях препятствует тепловое движение, стремящееся ослабить поляризацию. По этой причине объемную поляризацию и ее вариант - макро-структурную поляризацию гетерогенных диэлектриков следует отнести к поляризации релаксационного типа. Роль объемной поляризации существенно зависит от природы полимеров и типа их электропроводности в момент поляризации. Пусть в диэлектрике имеются положительные и отрицательные точечные заряды ( изображающие световые электроны, ионы и атомные ядра), связанные консервативными силами с определенными положениями равновесия. Их тип и величина определяются пространственным строением диэлектрика из его структурных элементов ( атомы, ионы, молекулы), а также свойствами структурных элементов самих атомов. Вследствие принятого построения диэлектрика из точечных зарядов он, строго говоря, является неоднородным. Однако в смысле макроскопической электродинамики, который мы вскоре поясним, диэлектрик все-таки можно считать однородным. Примем также, что он является электрически нейтральным и в нем отсутствует постоянная объемная поляризация