Билет №3. Ионная поляризация. Ее зависимость от частоты и температуры.

Ионная поляризация. Наблюдается в твердых телах ионного строения (кварц, слюда, асбест, стекло и т. п.). Заключается в смещении упруго связанных ионов под действием приложенного поля. Время уста­новления - около 10^-13 с. Механизм ионной поляризации представлен на рис. 2.4.

Рис 2.4 Ионная решетка без электрического поля (слева)

и при воздействии электрического поля Е (справа).

Как видно из рисунка без приложения электрического поля положительные и отрицательные заряды ионной решетки расположены симметрично, а их центры совпадают (находятся в точке 1). При воздействии электрического поля Е заряды начнут смещаться к противоположным обкладкам и центр отрицательных зарядов (точка 2) сместится относительно центра положительных зарядов (точка 3). Вследствие этого внутри диэлектрика появится собственное электрическое поле Е_д, направленное в противоположную от Е сторону, а вблизи обкладок начнут накапливаться заряды (см. рис. 2.1 б).

На рис. 2.5 показано влияние внешних факторов на величину ионной поляризации.

Рис 2.5 Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры (T)

и частоты (f).

Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры обусловлена ослаблением упругих сил, действующих между ионами и увеличением их подвижности. Выше температуры плавления t_пл связи между ионами разрушаются, а значит ионная поляризация прекращается. Зависимость от частоты электрического поля отсутствует, поскольку ионная поляризация протекает практически мгновенно.

Билет №4. Дипольно-релаксационная поляризация. Ее зависимость от частоты и температуры.

Дипольно-релаксационная (дипольная) поляризация. Заключается в том, что дипольные молекулы (см. п.1.1), находящиеся в хаотическом тепловом движении, частично ориентируются под действием поля (см. рис. 2.6).

а) б)

Рис 2.6 Схематичное изображение дипольно-релаксационной поляризации.

а) диполи разупорядочены и находятся в хаотическом тепловом движении

б) ориентация диполей вдоль линий электрического поля Е.

В начальный момент времени (рис. 2.6, а) диполи направлены в разные стороны и совершают хаотические тепловые колебания. Вследствие разупорядоченности результирующий электрический момент всех диполей равен нулю. Под действием сил электрического поля (рис. 2.6, б) диполи начнут поворачиваться, стремясь сориентироваться вдоль линий электрического поля Е, т.е. положительным полюсом к отрицательному электроду, отрицательным – к положительному. Кроме ориентации диполи еще растягиваются электрическим полем, и величина дипольного момента при этом возрастает.

Поворот диполей в направлении поля требует преодоления сил сопротивления соседних диполей, т.е. диполи поворачиваются как бы с «трением». Поэтому дипольная поляризация протекает длительное время и сопровождается потерями энергии, выделяющейся в виде тепла.

Зависимость дипольной поляризации от внешних факторов демонстрирует рис. 2.7.

а) б)

Рис 2.7 Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры (а)

и частоты (б).

Дипольно-релаксационная поляризация возможна, если межмолекулярные взаимодействия не мешают диполям ориентироваться вдоль поля. С увеличением температуры взаимодействие между диполями ослабляется, что усиливает дипольно-релаксационную поляризацию. Но в то же время возрастает энергия хаотического теплового движения молекул, что уменьшает ориентирующее влияние внешнего электрического поля. Поэтому с увеличением температуры, вначале, пока ослабление сил межмолекулярного взаимодействия преобладает над возрастанием интенсивности хаотического теплового движения молекул, величина дипольно-релаксационной поляризации растет, а затем, когда преобладает интенсивность теплового движения молекул (тепловая энергия «разбрасывает» диполи), поляризация уменьшается (рис. 2.7, а).

Значительное влияние на дипольно-релаксационную поляризацию имеет часто­та (рис. 2.7, б). Пока частота мала - диполи успевают следовать за по­лем и диэлектрическая проницаемость близка к значению, измерен­ному при постоянном напряжении (₌). Когда же частота становился на­столько большой, что диполи уже не успевают следовать за измене­нием поля (f > f_o), диэлектрическая проницаемость уменьшается, стремясь к значению, обусловленному элект­ронной поляризацией.

Дипольно-релаксационная поляризация проявляется в полярных газах, жидкостях, но может наблюдаться и в твердых диэлектриках. В некоторых твердых, в большинстве своем органических, диэлектриках дипольно-релаксационная поляризация обычно обусловлена не ориентацией самой молекулы, а ориентацией имеющихся в ней полярных радикалов. Такую поляризацию называют дипольно-радикальной.