33 Поляризация диэлектриков, виды поляризации

Поляризация – процесс смещения и упорядочения зарядов в диэлектрике под действием внешнего электрического поля.

При этом в некотором объеме вещества электрический момент имеет значение, отличное от нуля.

Поляризованность

.

Виды поляризации:

1. электронная

2. ионная

3. ионно-релаксационная

4. дипольно-релаксационная

5. электронно-релаксационная

6. упруго-дипольная

7. ядерного смещения

8. структурная, междуслойная

9. спонтанная

10. остаточная

Поскольку степень поляризации оценивается приращением емкости конденсатора при замене вакуума или воздуха между его пластинами данным веществом

то принципиально все типы поляризации могут быть отражены (в сложном диэлектрике) эквивалентной схемой, содержащей емкости или емкости и сопротивления.

1. Электронная поляризация

 Представляет собой упругое смещение и деформацию электронных оболочек атомов и ионов. Время ее свершения 10^-15 см. От температуры не зависит.

Рассчитывается по уравнению Клаузиуса-Мосотти:

 – диэлектрическая проницаемость

– кол-во атомов, молекул и ионов в см³

– электронная поляризуемость, см³

N – число Авогадро

2. Ионная поляризация

Характерна для твердых тел с ионным строением и обусловлена смещением упруго связанных ионов на расстоянии меньше постоянной решетки.

Время установления 10^-13 сек. Величина поляризации с ростом возрастает, т.к. расстояние между полями возрастает, а упругие силы ослабляются.

Рассчитывается поляризуемость полной частицы

q – заряд поля

 – коэффициент упругой связи между полями.

3. Дипольно-релаксационная поляризация

Связана с тем, что дипольные молекулы, находящиеся в хаотическом тепловом состоянии под действием поля ориентируются в направлении поля. При снятии поля поляризация нарушается беспорядочным тепловым движением молекул. Время установления и нарушения поляризации определяется временем релаксации дипольных молекул.

Величина ДРП

 – дипольный момент

k – постоянная Больцмана

Т – абсолютная температура

Время ДРП – 10^-10–10^-2 сек. Наблюдается у всех полярных веществ и связана с потерей энергии.

4. Ионно-релаксационная поляризация (ИРП)

Происходит в диэлектриках с неплотной установкой ионов (в неорганических стеклах и некоторых кристаллических веществах). При наличии эл. поля слабо связанные ионы получают избыточную энергию, заставляя их перебрасываться на значительные расстояния (в направлении поля), превышающие упругие смещения (постоянную решетки)

Для твердых диэлектриков  растет с ростом t⁰, с ростом частоты падает.

5. Электронно-релаксационная поляризация (ЭРП)

Происходит за счет теплового возбуждения электронов. Характерна для диэлектриков с электронной проводимостью (двуокись титана с примесью ионов бария, кальция). Наличие максимума дает при отрицательных температурах.

6. Упруго-дипольная поляризация (УДП)

Наблюдается в некоторых кристаллах, в которых дипольные молекулы закреплены и ограниченно поворачиваются на определенный угол. Малая величина.

7. Структурная поляризация (СП)

Обусловлена наличием слоев с различной проводимостью, включением примесей, особенно при высоких градиентах напряжения. В диэлектриках слоистой или другой неоднородной структуры (гетинакс, гепсолит и др.). Связана с большими потерями, как пол. Замедленного типа.

8. Поляризация ядерного смещения (ПЯС)

Возникает за счет смещения ядер в атомах и молекулах под действием электрического поля. Не зависит от частоты и температуры. Время 10^-13 сек.

9. Спонтанная поляризация

Возникает при отсутствии внешнего эл. поля. Однако направление ориентации электрических моментов различно. Воздействие электрического поля способствует преимущественно ориентации моментов в направлении поля и может создавать эффект поляризации с очень большим значением (до 50000). Эта поляризация зависит от температуры . Характер (не происходит на высших частотах), имеет диэлектрические .

Характерна для диэлектриков (титанаты бария, кальция, стронция).