1. В чет состоят основные представления о строении вещества?

2. Классификация материалов £ помощью зонной теории твердого тела и по магнитным свойствам.

1

с=э

ЧАСТЬ ПЕРВАЯ ДИЭЛЕКТРИКИ

ГЛАВА ПЕРВАЯ

ПОЛЯРИЗАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ

М. ДИЭЛЕКТРИК В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ

Основным, характерным для любого диэлектрика процессом, возникающим при воздействии на него электрического напряжения, является поляризация —ограниченное смещение связанных зарядов или ориентация дипольных молекул.

О явлениях, обусловленных поляризацией диэлектрика, можно судить по значению диэлектрической проницаемости, а также угла диэлектрических потерь, если поляризация диэлектрика сопровож­дается рассеянием энергии, вызывающим нагрев диэлектрика. В нагреве технического диэлектрика могут участвовать содержащиеся в нем немногочисленные свободные заряды, обусловливающие воз­никновение под воздействием электрического напряжения малого сквозного тока, проходящего через толщу диэлектрика и по его по­верхности. Наличием сквозного тока объясняется явление электро­проводности технического диэлектрика, численно характеризуемой значениями удельной объемной электрической проводимости и удель-

ной поверхностной электрической проводимости, являющимися об­ратными соответствующим значениям удельных объемного и по­верхностного электрических сопротивлений.

Любой диэлектрик может быть использован только при напря­жениях, не превышающих предельных значений, характерных для него в определенных условиях. При напряжениях выше этих пре­дельных значений наступает пробой диэлектрика — полная потеря им диэлектрических свойств.

, Значение напряжения, при котором происходит пробой диэлек­трика, называется пробивным напряжением, а соответствующее зна­чение напряженности внешнего однородного электрического поля — электрической прочностью диэлектрика.

1-2. ПОЛЯРИЗАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ

Под влиянием электрического поля связанные электрические заряды диэлектрика смещаются в направлении действующих на них сил и тем больше, чем выше напряженность поля. При снятии элек­трического поля заряды возвращаются в прежнее состояние. В по­лярных диэлектриках, содержащих дипольные молекулы, воздей­ствие электрического поля вызывает еще и ориентацию диполей в направлении поля; при отсутствии поля диполи дезориентируются вследствие теплового движения.

Большинство диэлектриков характеризуется линейной зависи­мостью электрического смещения от напряженности электрического поля, созданного в диэлектрике. Особую группу составляют ди­электрики, в которых с изменением напряженности поля смещение меняется нелинейно, обнаруживая насыщение при некотором зна­чении напряженности поля. Такие диэлектрики называются сегне- тоэлектриками.

Наименование «сегнетоэлектрик» связано с тем, что нелиней­ность поляризации впервые была обнаружена у сегнетовой соли (подробнее см. стр. 28, 29).

Любой диэлектрик с нанесенными на него электродами, вклю­ченный в электрическую цепь, может рассматриваться как конден­сатор определенной емкости (рис. 1-1, а).

Заряд конденсатора, как известно, равен

<

(1-1)

3 = си,

где С — емкость конденсатора; £/ — приложенное напряжение.

Заряд <2 при заданном значении приложенного напряжения сла­гается из заряда ф₀, который присутствовал бы на электродах, если бы их разделял вакуум, и заряда ф_д, который обусловлен по­ляризацией диэлектрика, фактически разделяющего электроды:

С

(1-2)

— Со + с,

Одной из важнейших характеристик диэлектрика является его относительная диэлектрическая проницаемость е_г. Эта величина представляет собой отношение заряда <}, полученного при некотором

Рис. 1-1. Диэлектрик сложного состава с различными механизмами поляризации в электрическом поле (а) и его эквивалентная схема (б)

V — источник напряжения; С„ и С» — емкость и заряд в вакууке соответстветво; С и @ — соответственно емкости и заряды от электронной; ионной, дилольно-релаксавивкной, ив»«0" релаксационной, электронно-релаксационной, миграционной н спонтанной поляризацией; Г — сопротивления, эквивалентные потерян энергии при этих механизмах поляризаций; Я_н з — сопротивление изоляции сквозному теку через диэлектрик

напряжении на конденсаторе, содержащем данный диэлектрик, к заряду <2₀, который можно было бы получить в конденсаторе тех же размеров и при том же напряжении, если бы между электродами находился вакуум:

''=1=^“'+-!- <^ьз> Из выражений (1-3) следует, что относительная диэлектрическая проницаемость любого вещества больше единицы и равна единице толъж©> для вакуума.

Относительная диэлектрическая проницаемость любого вещества не зависит от выбора системы единиц. В дальнейшем для характе­ристики¹ качества диэлектриков используется именно эта величина, причем слово «относительная» для краткости опускается.

Соотношение (1-1), приведенное выше, может быть представлен© в виде

<2 — (2ое_г — Си — С₆1/е_т, (1-4)

где С₀ — емкость, которую имел бы данный конденсатор, если бы его электроды разделял вакуум.

Из формулы (1-4) следует, что диэлектрическую проницаемость вещества е_г можно определить как отношение емкости конденсатора с данным диэлектриком к емкости конденсатора тех же размеров, диэлектриком которого является вакуум.